鸦片战争爆发后，魏源弃笔从戎，想凭借自己过去对《孙子兵法》的研究和参加新疆战事的经验，在反侵略战争中为祖国作出一些贡献。但事与愿违，个人抱负不能实现。战败后，清政府签订了丧权辱国的《南京条约》。面对严酷的现实，一些知识分子开始考虑国家的前途和命运。当然，魏源也不例外。
魏源回到扬州以后，开始思考为什么会发生这次战争？为什么一个天朝大国会败给一个小国？这样的战争如何才能取胜？怎样为国雪耻、富国强兵？这一系列问题一直萦回于他的脑际。经过长时期的思考，最后，他用一年的时间完成了《圣武记》和《海国图志》两部著作。
《圣武记》共14卷，卷1记开国，包括开国龙兴记4篇；卷2记藩镇，包括康熙戡定三藩记2篇；卷3到卷6记外蕃；卷7记土司苗瑶回民；卷8记海寇民变兵变；卷9至卷10记教匪；卷11到卷14为武事余记。《圣武记》刻印后，又作过两次修订。
《圣武记》主要记叙了清朝从开国到道光年间清政府进行的军事活动。在其序中有“告成于海夷就款江宁之月”的话，表明这本书与鸦片战争的关系，强调《南京条约》的签书与鸦片战争的关系，强调《南京条约》的签订日是国耻日，中国人民不应忘记这个日子。
这部书的资料是他在北京任内阁中书时（1828-1830年）搜集的。这部书叙述了开国初年至道光年间清政府为了建立统一多民族国家进行的一系列战争。对于魏源第一次从军时的战争，他在《圣武记》中说：“有人认为乾隆时在新疆驻扎军队，增加兵饷，使得国家财政支出增加，因而驻军新疆是不必要的。”魏源在书中坚决驳斥了这种谬论。他承认，在新疆，清政府曾经用了很大的力量去经营。但有人认为取之虽不劳，但守之倒太费。他认为，南北两路兵士1.9万余人，军官14000余人。其中有驻防兵和换防兵，每年支出银饷67.89万余两。而他们在内地时，也是这么多，并没有增加，更何况，驻军屯田所得的粮食收入，每年有14.3万余担。新疆物产丰富，赋税较轻，汉族与少数民族和睦往来，不见兵战之事，政治安定，经济繁荣，更是好事，因此若把财政见绌归罪于新疆驻军是一种不智的说法。他说：“目睹一支，念全体；观一隅，麈中国。”强调了中国统一的必要性和重要性。其中还有统治者为维护宗主权对邻国的战争；有统治者为维护其统治对少数民族和劳动人民进行的战争。当然，中间还有一些关于清朝民力、物力的盛衰，人才风俗进退、增减的情况。
根据书的重要内容，可以从中概括出以下几个论点：
其一，分析了鸦片战争发生的原因。魏源认为战争发生的根源不在林则徐的禁烟，书中驳斥了那些顽固派的观点——林则徐的禁烟是导致战争的根源。他认为英国侵略者发动侵略战争，并不单纯是由于停止鸦片贸易。禁烟活动只是战争的导火线，那只是英国侵略中国的借口。在今天，我们已明了，英国之所以发动侵略战争，是由其帝国主义的本质决定的，正如恩格斯所说的，资本主义的发家史，就是掠杀、侵略。发动侵略是为了扩大市场，寻求原始资本——金银的积累。
其二，他认为要克敌制胜、富国强兵，就应该向外国学习，而不是闭关自守，老是摆出一副天朝帝国的脸孔，拉不下面子。他说：“夫不借外洋之战舰可也，不师外洋之长技，使兵威远见轻岛夷，近见轻属国不可也。”“以彼长技，御彼长技，比自古以夷攻夷之上策。盖夷炮夷船求精良，皆不惜工本。中国之官炮之战船，其工匠与滥造之员，惟知畏累而省费，炮则并渣滓废铁入炉，安得不震烈？船则脆薄窳朽不中程，不是遇风涛，安能遇敌寇。”他强调了引进外国先进技术和管理办法的重要性。在改革开放的今天，这些观点当然易于被人接受，但在当时，恐怕是连想也没有人曾这样想。
其三，要想百战不殆，必须做到知己知彼。他在书中强调了知彼的重要性——只有对外国的情况了如指掌，才能攻其弱点，战胜敌人。他要求政府不能再闭关自守、闭目塞听、盲目虚骄，贻误时机。他说：“夫制驭外夷者，必先洞夷情。今粤东番船购求中国书籍，转泽夷学，放能尽识中华之情势。若内地亦设馆于粤东，专译夷书夷史，则殊俗敌情，虚实强弱，恩怨攻取，了悉曲折，于以中其所忌，投其所慕，于驾驭岂小补哉？”这是他对《孙子兵法》的应用和推广，对清政府是有着相当意义的，但在当时却很少被采纳的。
其四，他归结出鸦片战争之所以失败，主要是朝廷指挥失误，而并非侵略者的武器精良、军队强悍，或是士兵不动，或是因“汉奸”“莠民”所致。他认为：“奈何动曰无兵可用？又奈何动曰莠民可虞？诚能招募骁悍之民为兵，则北五省之回匪、红胡匪，……练中原亡命为陆营，陆营无敌于西北，而土盗不生于西北矣。收两利，去两害，是在神明代裁之大人哉。”他要求统治阶级用国内的敌人去攻打国外的敌人，然后坐收渔利。
其五，他认为鸦片战争前，导致国贫民困的根源在于鸦片的输入和政府官吏的贪污腐化。鸦片的流毒，不仅使财富外流，而且使政治腐败、人才销铄，故他认为清政府应严厉禁烟。他说：“诚能以剃发之制禁烟，以清野之法断接济，以坚壁之法御火攻，烟可不遏自绝，寇可不战自困。”
其六，他认为在整肃内政方面应该采取除弊、节用、塞患、开源等措施，努力提高国家的国力。
他坚信，如果清政府真按他的意见去办，综合国力可以进一步增强，国耻可雪，外敌可御，清朝仍可回复到“康乾盛世”的局面。“后圣师前圣，后王师前王”，这就是魏源编撰《圣武记》的目的。
完成《圣武记》之后，魏源又开始继续林则徐的嘱托，致力于《海国图志》的编写工作。
魏源在江苏苏州守制，时值林则徐调任江苏布政使，两人常相往来，这给魏源以极大安慰。1832年，魏源应两江总督陶澍之邀，赴南京筹办两淮盐务。魏源提出一套行之有效的办法，将食盐包商制改为盐票制，裁浮费，减盐价，结果不仅使国家税收每年超额几十万两，商人、百姓也都得到了好处。后来两江要员如林则徐、李星沅、陆建瀛等，凡是有关漕河、盐兵等事，总要请魏源参与。他写的《淮北票盐志》《淮南盐法轻本敌私议》等，都是当时改革盐政的重要文献。
1835年，魏源由南京迁居扬州，因经营票盐获利，构“园”于扬州新城，内有古微堂、秋实轩、古藤书屋，兼有“竹林亭池之胜”，作为他读书治学场所，同时接母亲来此奉养。1838年，魏源应甘肃古浪知县陈世镕之约游西北各地名胜，写有多组山水诗，有些诗序写得清彻冷隽，是很好的山水小品。
鸦片战争爆发时，魏源对英国的侵略行径极为愤怒，主张坚决抵抗。他曾应邀赴浙江宁波前线参加抗英斗争，并亲自参与审讯英俘安突德（P.AMmther），根据其口供，“旁采他闻”，作成《英吉利小记》。1841年5月底，广州三元里村民以三元古庙的三星旗为令旗，联络附近103乡民众在牛栏冈丘陵地带痛击来犯英军，伤毙敌人约50名。消息传来，魏源满怀激情援笔成诗，为三元里人民抗英斗争的光辉史实，留下了珍贵的记载：
同仇敌忾士心齐，呼市俄闻十万师。
几获雄狐来庆郑，谁开柙兕祸周遗？
前时但说民通寇，此日翻看吏纵夷。
早用秦风修甲戟，条支海上哭鲸鲕。
1841年6月，林则徐被罢职，发配新疆伊犁效力赎罪，途经江苏江口（今镇江），与魏源相会。老友见面，百感交集，先是相对无言，继之通宵对榻，痛论民族忧患，国家兴亡。愤懑、忧戚、商略、砥砺，两颗赤诚的爱国之心完全融为一体。魏源后曾赋诗《江口晤林少穆制府》，生动、逼真地记述了当时的情景：
万感苍茫日，相逢一语无。
风雷憎蠖屈，岁月笑龙屠。
方术三年艾，河山两戒图。
乘槎天上事，商略到鸥凫。
林则徐临行，把自己所辑《四洲志》及在广东收集的外国情况资料全部送给了魏源，请他在此基础上写作《海国图志》，并荐魏源去两江总督裕谦处参与戎机。魏源欣然接受，在送别林则徐后即再赴浙江前线，入裕谦幕，积极筹划抗敌之策。当年秋初，龚自珍至扬州与魏源叙晤，这也是他们二人的最后一次聚会。在这一年里，魏源作《寰海十章》《秋兴十章》《寰海后十章》《秋兴后十章》。魏源受阮嵇《咏怀》和左思《咏史》的影响，在诗中抒发了自己炽烈的爱国热情和不满黑暗现实、要求变革的抱负。
1842年8月，《南京条约》签订，鸦片战争以中国惨败而结束。在此前后，魏源闭门不出，埋头著述《圣武记》。该书成书于1842年9月，此后又两次修订、增订。全书共14卷，40万字，前10卷叙事，讲述自清朝开国以来至道光历史，后4卷是议论，讨论兵制、练兵、筹饷及攻守策略等问题。这是他推求盛衰之理、筹划海防之策的精心之作。
鸦片战争失败，“凡有血气者所宜愤悱，凡有耳目心知者所宜讲画也”。《圣武记》完成后不久，魏源以惊人的毅力，用短短几个月的时间完成了《海国图志》50卷本的撰写。魏源在这部书中第一次系统地介绍了世界主要资本主义国家的政治、经济概况，向人们宣告，闭关自守的时代已经终结，世界已经进入了海国时代。他形容自己的工作是“创榛辟莽，前驱先路”，宣称写作此书目的在于“为以夷攻夷而作，为以夷款夷而作，为师夷长技以制夷而作”。
魏源认为鸦片战争的失败是清政府腐败统治的必然结果——“养痈于数十年之前，溃痈于设巡船之后”，希望统治者能“过时而悔，悔而能改，亦可补过于来时”。他在书中大声呼吁“以实事程实功，以实功程实事”，认为夷之长技有三：“战舰，火器，养兵练兵之法。”主张在中国建立造船厂、火器局，学习西方练兵之法，建设一支强大的军队。他进一步主张清政府应该自己设厂制造工业品，“量天尺、千里镜、龙尾车、风锯、水锯、火轮机、火轮舟、自来火、自转碓，千斤秤之属，凡有益于民用者，皆可以于此造之”。他甚至提出凡“沿海居民，有愿仿设厂局以造船械，或自用或出售者听之”。他满怀信心地相信，只要下决心向西方学习，就能够“风气日开，智慧日出，方见东海之民优西海之民”。