到二泉，打算疏导而使之进入永寿县。因地势高低不平，众人怀疑没有成功的道理。吕大防采用《考工》中的水地置泉法来使水平，不到十天，果然疏导为渠。百姓依赖，号称“吕公泉”。
不久，吕大防迁任著作佐郎、知青城县。以前，祭田粟米用大斗收进，用公斗放出，获三倍之利。百姓虽然不满，但不敢上诉。吕大防开始均定放出纳进以平均其值，此事转传给宋仁宗。宋仁宗下诏立定法禁，命一路全输送租给官府，用概器给还。青城县外控汶川，与西夏相接。吕大防占据要地设置巡逻，秘密设防，禁止上山砍柴采摘，以严障碍屏蔽。韩绛镇守蜀州，称吕大防有佐辅帝王创业治国的才能，入朝暂代盐铁判官。
宋英宗即皇帝位后，吕大防改任太常博士。内廷出示吕大防与范纯仁的姓名，任命他为监察御史里行。吕大防首先说道：“纪纲赏罚，不适合天下希望的有五件事：进用大臣但权不归皇帝。大臣疲倦年老但不能按时引退。外国傲慢但不挑选将帅。提出建议的臣子对朝政阙失有所裨益，但执政大臣压制他。疆场左右大臣，有败事却被奖赏，推荐官员却获罪的。”
他又说道：“富弼有脚病请求解除重要的行政职务，十几次上奏章却不被接纳。张吴奎有三年守丧期，又以其子召他回朝，又再次派使臣召他。程戡因年老不能守边辞谢，担心死在边塞上，请求罢免回家，也不答应。陛下想要尽君臣的本分，使病者得以休息，守丧者得以终丧，老者得以尽其余年，那么进退尽礼，何必过分虚饰，使得他们的诚心，不得自达呢？”
同年，京师发大水，吕大防说道：“雨水之患，至于进入宫城房舍，杀人害物，这是因阴阳不和而发生的灾害。”即陈述八件事：皇帝的威严没有树立，臣权太盛，邪议冒犯正义，私恩妨害公正，辽、夏联合谋划，盗贼横行，群情失职，刑罚有失公平。
恰逢执政大臣讨论濮王称考，吕大防说道：“先帝起用陛下为皇子，住在宫中。凭几之命，已发而未尽的言论就在耳边。皇天后土，实在知其所托。假使先帝不死，陛下还是皇子。那么安懿称伯，在义理上没有疑问。难道能够生前作为儿子，死后而背叛吗？大概人君即皇帝位的初始，应有至公大义压服天下，以结交人心。大臣想要加王以非正统称号，使陛下顾恋私恩而违背公义，这不是结交天下人心的办法。”奏章几十次上呈，结果出知休宁县。
熙宁四年，他任延州知州。吕大防开始打算在黄河外荒堆砦筑城，众人认为不可防守。吕大防就留戍兵修建堡垒屏障，有不听从的斩首示众。恰逢环庆兵乱，韩绛被贬官，吕大防也落职知制诰，以太常博士
的身份知临江军。几个月后，移知华州。
华山发生崩塌，泥石从山下倾注渭河，被害的人很多。吕大防上奏分条陈述，援引经典质以史实，以验当时之事，说道：“‘畏惧天的威严，于时保之。’这是先王所以兴盛的原因‘;我生不有命在天’，这是后来王者所以败坏的原因。