天圣四年（1026）八月，捍海堰工程还未竣工，突然传来“母丧应天府”的噩耗。范仲淹不得不辞官回应天府为母亲守丧。
与范仲淹同榜进士应天府知府蔡齐、新任南都留守晏殊，见应天书院缺少良师讲学，又得知范仲淹在应天府守丧，便聘请他到书院主持工作。应天书院是范仲淹10年前读书成长的母校，他当然十分愉快地接受聘邀，并勤劳恭谨，以身作则，白天没有讲完，还常常利用夜间授课，还提灯巡查员生宿舍，对员生问暖问寒，解答学习中的疑难问题。
范仲淹总结书院先师戚同文的教学经验，为书院制订了一系列的学规，提出了“读书次序”和“为学次序”，严格要求生徒学习遵循。基本课程是儒家经典，《诗》、《书》、《易》、《乐》、《礼》和《春秋》。他说：“夫善国者，莫先育才；育才之方，莫先劝学；劝学之道，莫尚宗经。”范仲淹认为“六经”乃是“传治国治人之道”，是学习的根本。而当时教育与科举的状况却是“专以辞赋取士，以墨义取诸科，士皆舍大方而趋小道，虽济济盈庭，求有才有识者，十无一二”，学习与考试内容舍大取小，舍本逐末。官学以应试教育为主，助长了生徒投机钻营与醉心名利等不良风气。“天下危困，乏人如此，将何以救？在乎教以经济之策，取以经济之才”。培养经世济民的人才既是急务，也是根本。
在培养“经济之才”的总要求下，培养各种专业人才。每个生徒各选一门专业，另外再兼学一门专业。课程设置主张“学以致用”，提倡实地考察。选用人才，要求德才兼备。他每次都向学生们强调，不可把科举仕进作为求学的最终目的，要以天下苍生为念。
在教学过程中，坚持生徒自学为主，教师指导为辅。范仲淹认为，读书是为了“穷理”，穷理必须经过自己的思考、探求，深思默想，自我钻研，自我体悟。因此，他主张教师讲课，要提纲挈领，不提倡逐字逐句地串讲解读，只给生徒提示，启发诱导生徒自己思考，再由生徒提出疑难问题，教师针对性地解疑释惑，或与生徒互相讨论。他提出“为学之序”，要学、问、思、辨四者结合，最终落实到“行”上。
为了便于集中精力执教，范仲淹亲自搬到书院食宿。他为生徒制订了一套作息时间表，按时训导督促生徒学习。夜晚，他经常深入宿舍，检查责罚那些偷懒嗜睡的生徒。每次给学子命题作文，他必定自己先写一篇，亲自掌握题目的难度和重点，使学子迅速提高了写作水平。对来求学的人，不限年龄、地域、身份，不论贫富贵贱，一视同仁，热诚相待，总是循循善诱，诲人不倦。应天府书院的学风与校风，在范仲淹的言传身教下，焕然一新。就读者、问业者，从四面八方，络绎而至。范仲淹出身寒微，他有自觉吃苦、自我磨砺心志的经验，因此对家境贫寒的生徒，特别热情关照，鼓励他们苦学成才，并经常拿出自己微薄的俸禄资助他们。
一次，范仲淹带着家人王升来巡看外地员生的宿舍。光线暗淡的破屋中，五六位贫苦的外地员生正围坐在一张破木板桌旁，就着咸菜吃粥。有两个身上衣服单薄，冷得“瑟瑟”发抖。薄板门被轻轻推开，门外走进身披布斗篷的范仲淹，他身后跟看家仆王升。学生们慌忙放下粥碗，口称“先生”，垂手而立。
仲淹走进屋子，朝大家连连摆手道：“快吃，快吃，饭要凉的。”看到各人碗里的是薄汤粥，又看到学生们衣着单薄，难过得叹息。他招手叫王升过来，凑近他耳边轻轻关照了几句。王升点点头，便走出门去。范仲淹与大家围坐在桌子边，深情地说道：“你们读书真不容易，不过‘天将降大任于斯人也，必先苦其心志，劳其筋骨’，人贵有志，贫贱不移，方能大有作为。”仲淹站起，环顾众学生，继续激动地说道，“应举前，我寄居僧寺读书，早晨烧一盂粥，凝结后划成四块，早顿2块，晚顿2块，终日间饥肠辘辘，3年之间，天天如此……咳，粥要凉了，大家快吃吧。”说罢，对众生点点头，开门而去。
学生们刚端起粥碗，门又被推开，仆人王升肩上扛着一袋粮食，手里拎着一个布包走进屋里。他向大家拱了拱手说：“这是老爷叫拿来的。”他把粮袋放在地上，又把布包放在桌上，打开包裹，露出几件衣服和几吊铜钱，“让诸位御寒，老爷说，读书辛苦，往后别喝稀粥了……”众学生激动得热泪盈眶，不知说什么好。
一天，书院里来了个秀才。这秀才衣衫褴褛，面露饥色。他请求范仲淹给予帮助，仲淹当即拿出自己的钱，给了10千。1年后，这秀才又来，仲淹又给了他10千，然后问他为什么这样。秀才凄然地说：“家有老母无以为养，自己又想读书，不得已只好抽空出来奔走生计，假如我每天能有百钱的收入，就可以安心求学了，”范仲淹听了很受感动，见他家贫笃学，求知心切，是个有作为有志向的青年，便答应在学校里给他安排个职务，每月可收入3千，这秀才便留下来了。
他一边工作，一边学习，跟范仲淹学《春秋》。他学习认真又很勤苦，夙夜不懈。范仲淹服满三年丧期复职的时候，这秀才也回家去了。后来泰山出了个专门研究春秋的儒学大师孙复，就是当年受范仲淹资助的那个秀才。
范仲淹与孙复在应天府书院这一次因缘机遇，不仅改变了孙复的命运，而且也是北宋前期儒学复兴的一个重要契机。孙复科举不第，退居泰山，聚徒讲学。讲学徂徕的石介，率弟子拜孙复为师。海陵胡瑗也至泰山，三人切磋同学。后来三人成为南北讲授儒学之重镇。范仲淹荐举孙复于朝廷，授秘书省校书郎，任国子监直讲。石介进士及第，“入为国子监直讲，学者从之甚众，太学由此益盛”（《宋史·石介传》）。范仲淹以胡瑗通晓音律举荐于朝，“白衣对崇政殿”，授秘书省校书郎，任国子监直讲，“瑗既居太学，其徒益众，太学至不能容，取旁官舍处之”（《宋史·胡瑗传》）。清代学者全祖望云，胡瑗门下弟子，先后达一千七百多人。
魏晋至隋唐，儒学衰微，佛学日盛。到宋代，峰回路转，柳暗花明，太祖太宗两朝，崇尚斯文，真宗仁宗两朝，设教崇学，复兴儒学，开启宋明儒学六百年兴隆之运，其中范仲淹当居首功，应是北宋前期复兴儒学的第一人。范仲淹与宋学之关系，他在宋学中的地位与作用，学界一直未予足够重视。北宋前期儒学复兴的传承脉络是：戚同文掌门睢阳学宫，导乎先路；范仲淹得先师戚同文之真传，言传身教，卓然而立，开创新局面；至宋初三先生，即泰山先生孙复、徂徕先生石介、安定先生胡瑗（远祖世居安定，今甘肃泾川以北），儒学复兴已蔚然而盛。