1834年，魏源应邀到江苏巡抚林则徐处，代林阅卷。1839年5月，当龚自珍南下路过扬州时，两人又有过一次愉快的见面。1840年，魏源从浙东到杭州。9月，林则徐被革职，他写了《寰海》诗一首，表示痛心。1841年春天，裕谦以钦差大臣到镇海筹办浙江防务，林则徐受命协防，魏源进入裕谦幕府，几个月即辞去。期间，他曾到钱塘江观潮，有感而作《钱塘观潮行》一诗。当年5月，林则徐被革去四品卿衔，发配新疆伊犁。6月，魏源在浙江到扬州的途中，在京口与林则徐见面，对榻倾谈，思想上产生很大震动。也就是这一次，林则徐嘱他编一部《海国图志》。
当年8月，龚自珍应魏源来信邀请，到扬州相聚时，得知老友正在编《海国图志》，大为欣喜，大加赞赏，认为这才是真学问。自京都相识以来，他们切磋学问，议论时政，特别是1826年双双在会试中落榜，“龚魏”齐名以来，关系更加密切，书信往来不断，而且时有见面，转眼已有20多个年头了。
8月5日，龚自珍回到当时栖身的丹阳书院。孰料仅仅7天后（8月12日）就在丹阳猝逝，终年50岁，那也正是英国大炮轰开国门、林则徐被流放新疆的一年。随着龚自珍的死，一个闭关自守、自给自足的小农文明时代徐徐落下了帷幕。在龚自珍身后，自魏源等人开始，老大民族最优秀的分子开始告别“衰世”的各种具体努力。
关于龚自珍的死因至今仍是一个谜，但不同的版本都说他被人下毒，“丁香花公案”吸引了包括孟森在内的史家。（龚自珍死后，1843年夏天，龚的儿子到扬州请魏源编定龚自珍遗作，这就是《定庵文录》12卷、《外录》12卷，序言也出自魏源手笔。）
1842年12月，魏源参考林则徐组织编译的《四洲志》、历代史志、明代以来的岛志及一百多种中外书籍，终于辑成《海国图志》50卷。1847年，又补成60卷，刊于扬州。到1852年，参考徐继畲《瀛寰志略》等新出的一些著作，增补成100卷，在南京筹刊，成为一部有88万字的巨著。《海国图志》对五大洲大多数国家的沿革、现状都有记载，并明确提出“为以夷攻夷而作，为以夷款夷而作，为师夷长技以制夷而作”。他知道靠这本书并不能驾驭外夷，“此兵机也，非兵本也；有形之兵也，非无形之兵也”。他想到了天道、人心、人才。他认识到英国的优势不仅是船坚炮利，还包括养兵、练兵之法，“人但知船炮为西夷之长技，而不知西夷之所长，不徒船炮也”。他甚至已朦胧地觉察到了英国之所以强大的背后是制度原因，他在第50、51卷对英国政治制度的描述基本上是准确的：
国中有大事，王及官、民俱至巴厘满衙门（即国会），公议乃行。大事则三年始一会议，设有用兵和战之事，虽国王裁夺，亦必由巴厘满议允。
国会分上、下两院：“其国中尊贵者曰五爵，如中国公侯伯子男，为公议之主，且城邑居民，各选忠义之士一二，赴京会议。国主欲征税饷，则必绅士允从，倘绅士不允，即不得国民纳钱粮。”当国会与政府意见发生冲突，可以解散国会，重新选举，即使民众对国会也可施加影响：“如有按时变通之事，则庶民择其要者，敬禀五爵、乡绅之会，大众可则可之，大众否则否之。”
他介绍英国的报纸：“又刊印逐日报纸，以论国政，如各官宪政事有失，许百姓议之，故人恐受责于清议也。”对英国工业、贸易、交通的介绍也都很详尽。
对于美国，魏源在第59卷同意徐继畲的观点，肯定了总统制、国会制度等。华盛顿在独立战争后被公推为总统，“身后公举贤者更代，不世及，不久任”。“公举一大酋总摄之，匪惟不世及，且不四载即受代，一变古今官家之局，而人心翕然，可不谓公乎？”“议事听讼，选官举贤，皆自下始，众可可之，众否否之，众好好之，众恶恶之，三占从二，舍独循同，即在下预议之人亦先由公举，可不谓周乎？”他在《后叙》中称赞美国的民主制：“其章程可垂奕世而无弊”。
