后，道元袭爵永宁侯，在孝文帝身边做官。后来外调，做颍州太守、鲁阳太守和荆州刺史等职。在辗转各地做官的过程中，他博览群书，并进行实地考察，对当地的地理和历史有了深入的了解和研究。
　　神龟元年（公元518年），郦道元被免职回到洛阳。在这期间，他感觉以往的地理著作如《山海经》、《禹贡》、《汉书?地理志》都太过简略，《水经》只有纲领而不详尽。于是，他花费大量心血，广泛参考各类书籍，结合多年的实地考察经验，历时七八年，终于完成了地理学名著《水经注》。
　　郦道元做官时得罪了小人，被他们设下陷阱，派去视察反状已露的雍州刺史萧宝夤的辖区。孝昌三年（公元527年）十月，郦道元在阴盘驿（今陕西临潼东）时，遭到萧宝夤部队袭击，被残忍杀害。
　　《水经注》共40卷，约30万字，文字20倍于原书《水经》，共记有1252条河流。《水经注》这部在当时世界地理文献中无与伦比的著作，成就巨大，主要表现在以下四个方面。
　　其一，在水文地理方面。《水经注》共记载了1252条大小河流，按一定次序对水文进行了详细的描述。如河流的发源、流程、流向、分布、水量的季节变化以及河水的含沙量和河流的冰期等。在河源的描述上，有陂池、泉水、小溪以及瀑布急流。全书共记载峡谷近300个，瀑布64处，类型名称15个。《水经注》记载了伏流22处，其中有石灰岩地区的地下河和松散沉积孔隙水；记载的湖泊总数超过500个，类型名称13个，其中有淡水湖也有咸水湖；记载了泉水几百处，其中温泉31处。这些为后世研究古今水文变迁提供了重要的参考文献。《水经注》还记载了无水旧河道24条，为寻找地下水提供了线索；记载了井泉的深度，为该地区地下水位变化规律提供了依据和参照。
　　其二，在生物地理方面。《水经注》记载了大约50种动物种类。不仅明确记载了动物的分布区域，而且还记载了各地所特有的动物资料，特别是黄河淡水鱼类的洄游，是世界上该方面现存最早的文献记载。《水经注》还记载了约140种植物种类，描述了各地不同类型蝗植物群落，尤其注重植被状况。
　　其三，在地质地貌方面。《水经注》记载了31种地貌类型名称，山近800座；记载了洞穴46个，按不同性状结构取不同名称。《水经注》还记载了许多化石，包括古生物残骸化石和遗迹化石；记载了矿物约20余种，岩石19种；记载了山崩地震约10余处。其中关于流水侵蚀、搬运和沉积作用的解释，成为古代最早的流水地貌成因理论。
　　其四，在人文地理方面。《水经注》中记载的农业地理，包括农田水利、种植业、林业、渔业、畜牧业和狩猎业等；工业地理，包括造纸、纺织、采矿、冶金和食品等；运输地理，包括水上运输和陆上运输以及水陆相连的桥梁、津渡等。《水经注》还记载了地名约17000多个，有全面阐释的2134个。
　　《水经注》是一部杰出的地理学巨著，它是对北魏以前的地理学的一次全面结，为后世地理研究提供了非常详尽的参考文献。