还在鸦片战争进行期间，林则徐被革职后，于1841年秋遣戍途中在镇江与魏源见面，将其主持编译的《四洲志》及有关外国资料交给魏源，托他续为编辑。魏源遂以《四洲志》为基础，广搜中外著述，按区分国，增补整理，于1843年初编成《海国图志》50卷，刊刻行世。其后，魏源又补入西南洋、希腊等四国，五印度总考，欧洲总沿革，北洋普鲁士国、琏国（丹麦），外大西洋墨利亚（美利加）洲，以及南洋、西洋各国教门表，中国西洋历法异同表，中国西洋纪年通表等，增至60卷，于1847年重刊于扬州。后又大加增补扩充，增为100卷，于1852年刊于高邮。百卷本《海国图志》凡88万字，附各种地图75幅，西洋船炮器艺等图式57页。
《海国图志》较林则徐编译的《四洲志》更为完善，是当时中国最为完备的世界史地知识巨著。在该书《叙言》中，魏源开宗明义地指出：是书之作，“为以夷攻夷而作，为以夷款夷而作，为师夷长技以制夷而作”。而在《筹海篇》中，他更具体地分析了鸦片战争失败的教训，提出了许多强国御侮的办法，其中心思想就是一句话：“师夷之长技以制夷”。全书汇集了当时所能得到的外国史地资料，由近而远，按南洋、印度、非洲、欧洲、南北美洲，次第编排。由于当时英国是中国最主要的敌人，因此书中“志于英夷特详”，共占4卷篇幅，以使国人对英国有更多的了解，而能更有效地抵御其侵略。同时，魏源根据反侵略斗争的现实需要，在书中分类介绍了船炮、火轮船、地雷、水雷、望远镜等西洋技艺。百卷本中，有关西洋技艺的篇幅占12卷，辑录有《铸造洋炮图书》《火轮船图说》《地雷图说》《攻船水雷图说》《作远镜说略》《西洋用炮测量说》《火轮舟车图书》《天文地球合论》等有关各种西洋船炮器艺图说50多幅，使人们可以从中得到借鉴，获得仿造西洋船炮的技术资料，从而也使他所提出的“师夷”的主张更加理性和具体。