Khoa Canh Tuất, triều Tự Đức (1850), Phạm Thận Duật 26 tuổi đỗ cử nhân trường Nam Định.

   Năm Tân Hợi (1851) Phạm Thận Duật vào kinh thi Hội, chỉ lọt tam trường, không trúng cách.

   Năm Nhâm Tý (1852) ông được cử làm giáo thụ phủ Đoan Hùng. (Khi đó Đoan Hùng còn thuộc tỉnh Sơn Tây).

   Năm Ất Mão (1855), ông nhận chức Tri châu Tuần Giáo tỉnh Hưng Hóa, được thăng Tòng lục phẩm.

   Năm Bính Thìn (1856) ông kiêm nhiệm Tri châu Luân Châu. Trong thời gian ở Tuần Giáo, ông soạn sách “Hưng Hóa ký lược”. Nhận xét về cuốn Hưng Hóa ký lược, Phó giáo sư Phan Văn Các, Viện Nghiên cứu Hán Nôm trong bài “Hưng Hóa ký lược – cuốn địa phương chí đặc sắc của Phạm Thận Duật” in trong tập “Phạm Thận Duật toàn tập” kết luận như sau: “Có thể nói với Hưng Hóa ký lược , Phạm Thận Duật đã thể hiện một tư duy khoa học sắc sảo, vượt ra ngoài khuôn khổ đào tạo kiểu từ chương khoa cử đương thời, vươn tới chiếm lĩnh những tri thức  bách khoa và thực tiễn để có cống hiên đích thực cho khoa học và cho đất nước”.

   Năm Đinh Tỵ (1857) ông được thăng Tri phủ tòng ngũ phẩm, đảm nhiệm tri huyện Quế Dương và Võ Giàng tỉnh Bắc Ninh.

   Năm Mậu Ngọ (1858), ông giữ chức Tri phủ Lạng Giang tỉnh Bắc Ninh kiêm Tri huyện Quế Dương. Với cương vị Tri phủ Lạng Giang, ông đã phải đối phó với bọn phỉ quấy rối ở thượng du.

   Từ năm 1866, Phạm Thận Duật được điều lên tỉnh làm Bang biện, kiêm đồn điền sứ. Đến tháng 10 năm 1867, ông đã thành lập ba sở đồn điền ở Lục Ngạn, Hiệp Hòa, Kim Anh với quy mô khá lớn. Tiếc thay chỉ một năm sau, Tự Đức ra lệnh bãi bỏ ba đồn điền này. Phạm Thận Duật ban bố nhiều chính sách phát triển nông nghiệp, thủ công nghiệp ở tỉnh Bắc Ninh, song từ năm 1867 trở đi giặc cướp liên miên, Phạm Thận Duật được thăng Án sát. Do có công lao đánh phỉ, năm 1870, ông được thăng Bố chính Bắc Ninh. Đúng lúc đó Thanh phỉ do Ngô Côn cầm đầu từ Cao Bằng, Lạng Sơn tràn xuống đánh phá Bắc Ninh. Tiễu phủ Ông Ích Khiêm và Bố chính Phạm Thận Duật đã sử dụng mưu lược. Ông Ích Khiêm giả núng thế chạy xuôi, Phạm Thận Duật giữ thành Bắc Ninh bằng một đạo cô quân. Ngô Côn vây thành quyết chiếm thành, Phạm Thận Duật cố giữ, tiêu hao giặc. Ông Ích Khiêm được bổ sung lực lượng, bất ngờ đưa viện binh quay lại từ ngoài đánh vào. Phạm Thận Duật dẫn quân từ trong đánh ra, ép giặc vào giữa. Ngô Côn bị trúng đạn, chết dưới chân thành.

   Năm 1871, tên Tịch, thủ hạ của Ngô Côn tự xưng là Đại nguyên soái lại nổi lên ở Bắc Ninh, bè lũ tới trên 4000 tên, Phạm Thận Duật hợp sức với quân triều đình đánh tan. Ông được thưởng quân công một cấp. Phạm Thận Duật đang làm Bố chính tỉnh Bắc Ninh được triều đình cử làm Tuần phủ Hà Nội kiêm chánh đốc thông bảo cục (Sở đúc tiền), kiêm tri phòng khẩu sự vụ (phụ trách những việc khẩn yếu). Công việc của Phạm Thận Duật là bố trí lại bộ máy cai trị của tỉnh Hà Nội đã bị tan tác sau khi Pháp đánh chiếm. Trong thời kỳ Pháp chiếm đóng, nhiều lưu manh và giáo dân ỷ vào giặc Pháp đi cướp bóc của cải, chỉ điểm cho Pháp bắt những người yêu nước, nên tình hình an ninh không bảo đảm, mâu thuẫn giữa giáo dân Thiên chúa với những người theo đạo Phật nặng nề. Phạm Thận Duật phải mất khá nhiều thời gian để giải quyết việc này.

   Phạm Thận Duật thuộc phe chủ chiến, nên trừng trị thẳng tay bọn cộng tác với Pháp hạ thành Hà Nội và đánh phá nhiều nơi khác, bọn ngụy quyền do Pháp đặt ra, nay bị Pháp bỏ rơi vẫn quấy rối, nhũng nhiễu dân chúng, gây ra nhiều vụ mất an ninh.

   Trong bộ “Châu bản triều Nguyễn” còn lại đến nay còn bản tấu đứng tên Tuần phủ Hà Nội Phạm Thận Duật về việc: “Sau khi quân Pháp rút, quan quân Hà Nội phải đánh dẹp một toán phản loạn 500 người, cầm đầu là bọn đã theo Tây tấn công phủ Lý Nhân (thuộc tỉnh Hà Nội). Những tên cầm đầu đã bị hành quyết làm răn”. (Bản chính công văn hành chính của triều Nguyễn, trong đó có lời “châu phê” (phê sau) của nhà vua cho nên có tên như vậy. Nhóm biên soạn “Phạm Thận Duật toàn tập” căn cứ vào bản dịch tóm tắt các chân bản thời Tự Đức hiện còn lưu giữ ở Viện Hán – Nôm – Hà Nội).

   Phạm Thận Duật thẳng tay trừng trị bọn Việt gian giáo dân đạo Thiên chúa đã tiếp tay cho giặc Pháp, phản bội Tổ quốc, mặc dù trong điều 2 Quy ước ký kết giữa Nguyễn Văn Tường với Pháp, đại diện Soái phủ Sài Gòn về những sự kiện vừa xảy ra ở Bắc Kỳ ký ngày 5 tháng 1 năm 1874, ghi: “Triều đình Huế phải  ra ngay bản Tuyên bố ân xá tất cả những người vừa qua đã cộng tác với Pháp”.

   Phạm Thận Duật bổ nhiệm các quan chức ở tỉnh Hà Nội, ở các phủ huyện là những người yêu nước, có công chống Pháp, bảo vệ dân trong thời gian Pháp đánh chiếm Hà Nội, xử tội bọn quan chức do Pháp dựng lên, cách chức, hạ cấp bậc các quan chức khi quân Pháp đánh, bỏ chạy. Ông cũng dâng sớ về triều phong thưởng cho những người không kể là quan hay lính nhưng có tinh thần dũng cảm chiến đấu. Ông còn xuất công quỹ trợ cấp cho vợ con những binh sĩ hy sinh khi bảo vệ thành Hà Nội và các lị sở khác. Vì vậy ông đã nhanh chóng ổn định bộ máy cai trị ở tỉnh và các phủ huyện đã bị tan tác khi Pháp hạ thành Hà Nội và các phủ huyện (gồm Hà Nội và Hà Nam) và kiên quyết trừng trị những toán phản loạn đã từng theo Pháp tấn công thành Hà Nội và các phủ huyện.

   Phạm Thận Duật không phải chiến đấu trực tiếp với giặc Pháp như Nguyễn Tri Phương, song từ quan văn, ông đã phải làm võ tướng đánh dẹp Thanh phỉ và bọn giặc Tạ Văn Phụng, tay sai của giặc Pháp đánh phá các tỉnh ở Bắc Kỳ, làm do thám cho giặc Pháp, chia rẽ giáo, lương, chuẩn bị cho giặc Pháp đánh Bắc Kỳ lần thứ hai.

   Cuối năm 1875, Phạm Thận Duật được cử làm Hộ lý tổng đốc Ninh – Thái (Bắc Ninh và Thái Nguyên), giữa năm 1876 ông bị ốm nặng phải nghỉ điều trị, sau đó về kinh làm Tham tri bộ Lại, kiêm phó Đô ngự sử Viện đô sát.

   Nhận chức vụ ở kinh chưa được 2 tháng, triều đình cử Phạm Thận Duật trở lại Bắc với chức vụ “Khâm sai kinh lý hà đê sứ” chỉ huy việc trị thủy vùng tả ngạn sông Hồng. 

   Quan điểm của ông và của Hoàng Diệu là không bỏ đê mà đắp ngay đê bao lớn ở những nơi đê đã bị vỡ như ở Văn Giang; đắp đê ngăn mặn; khơi thông dòng chảy. Ông cũng đề xuất chuyển dần chân mùa sang chân chiêm theo lối hai bát úp một, lấy lợi phù sa bồi đắp để bù lại.

   Với chức vụ khâm sai Hà đê sứ (và cả khi còn giữ chức thự Tuần phủ Bắc Ninh) ông đã gửi tới vua Tự Đức 19 bản tấu về công tác đê điều (từ tháng 12 năm 1875 đến tháng 7 năm 1878).

   Cuối thu 1878, Phạm Thận Duật trở về kinh được thăng Thượng thư bộ Hình, sung Phó tổng tài Quốc sử quán, kiêm quản Quốc tử giám. Năm 1879, ông được cử làm đại thần Viện cơ mật.

   Giữa năm 1879, mẹ ông mất, ông về cư tang, vua Tự Đức ban cho ông 50 quan tiền làm đám. Ngay sau đó, ông có lệnh triệu về Kinh để cùng triều đình lo toan công việc. Ông dâng sớ xin lưu lại ít lâu thì bị vua Tự Đức quở, ông đành phải vào Kinh. Trên đường ông thấy dân tình xáo xác vì vụ mùa vừa mất, lòng thương dân của ông xáo động. Vừa vào đến kinh, ông đã dâng sớ xin triều đình tư sức cho các quan tỉnh đốc thúc dân chúng trồng thêm rau, củ, ngũ cốc để cứu đói. Vua Tự Đức chấp nhận và cho thực thi.

   Với cương vị Phó tổng tài quốc sử quán, ông đã kiểm duyệt lại bộ “Khâm định Việt sử thông giám cương mục”. Ông đã đầu tư nhiều công sức cho công trình trên, đến đầu năm 1882 ông đã làm xong, xin cho chép lại sạch sẽ và đưa khắc in.

   Trong thời gian làm Thượng thư bộ Hình ông đã có nhiều kiến nghị về phòng thủ đất nước.

   Năm 1882, Phạm Thận Duật được cử làm Khâm sai chánh sứ, Nguyễn Thuật làm phó sứ sang Thiên Tân. Song giữa lúc ấy thì Phạm Thận Duật nhận được tin từ Bắc Kỳ đưa sang là Henri Rivière đánh chiếm tỉnh thành Nam Định và vua Tự Đức ốm, chết ngày 19 tháng 7 năm 1883. Tình hình phế lập của triều đình Huế rối ren, quân Pháp tấn công cửa Thuận An. Triều đình Huế phải ký Hiệp ước Harmand với nội dung là triều đình Huế chấp nhận Nam Kỳ là thuộc địa của Pháp, Trung Kỳ, Bắc Kỳ là đất bảo hộ của Pháp.

   Phạm Thận Duật đành phải trở về nước trên đường về bị ốm phải nằm lại điều trị, tính ra kéo dài một năm.

   Bất chấp Hiệp ước Hannand, nhiều sĩ phu ở Bắc Kỳ phối hợp với Lưu Vĩnh Phúc, Đường Cảnh Tùng tiếp tục đánh Pháp.

   Vua Hiệp Hòa tỏ ra bạc nhược, thân Pháp nên Viện cơ mật đầu độc chết, đưa Kiến Phúc lên ngôi (trong 4 ngày có 3 vua).

   Phạm Thận Duật chuyển từ Thượng thư bộ Hình sang Thượng thư bộ Hộ và kiêm nhiệm cả Công bộ Tả tham tri (trong đó có việc xây dựng thành lũy, đồn binh), ông vẫn có chân trong Viện cơ mật. Vua Kiến Phúc còn nhỏ tuổi, nên quyền hành đều thuộc về Viện cơ mật, ông là nhân vật thứ ba sau Nguyễn Văn Tường và Tôn Thất Thuyết. Với cương vị Thượng thư bộ Hộ, ông đã xử lý nghiêm khắc nhiều vụ tham nhũng tiền và thóc như ở Thanh Hóa, có hàng chục kẻ bị chém, hàng trăm quan tỉnh, phủ, huyện bị mất chức, giáng, phạt.

   Ngày 25/7/1885, Phạm Thận Duật được thăng Vinh Lộc đại phu, chánh thất phẩm nhận nhiệm vụ khâm sai đại thần ra Bắc chiêu tập nghĩa sĩ Cần vương, tổ chức kháng chiến, xây dựng phong trào Cần vương ở Bắc Kỳ. Hai bà vợ ông được phong hàm tòng nhất phẩm phu nhân. Ngày 26 tháng 7/1885, xa giá vua theo đường núi Nghệ Tĩnh để ra Bắc. Phạm Thận Duật cùng hai con là Phạm Luyện, Phạm Cầu và đoàn tùy tùng quay ra Quảng Trị để theo đường biển ra Bắc trước. Ông bị ốm phải ở lại thôn Hà Trung, huyện Triệu Phong điều trị. Ngày 29 tháng 7 năm 1885, ông trên đường ra bến đò vừa đến Quán Dốc thuộc thôn Hà Trung thì bị Tri phủ Triệu Phong là Tôn Thất Thị đưa lính đến bắt cùng hai con là Phạm Luyện, Phạm Cầu và cả đoàn tùy tùng. Tôn Thất Thi nộp ông cho Pháp. Ngày 31/7/1885, quân Pháp đưa ông và đoàn tùy tùng về giam ở Thương Bạc. Ngày 1/9 ông bị quân Pháp đưa xuống tầu ra giam ở nhà tù Côn Đảo. Ngày 23/11/1885, Pháp đưa ông cùng một số người nữa đi đày ở quần đảo Tahiti. Ông đang bị ốm nặng, nên ngày 29/11/1885, ông mất ở trên tầu thuộc vùng biển Malaixia. Các bạn tù thủy táng ông ở dưới biển.

   Mãi đến năm 1995, nhân kỷ niệm 110 năm ngày mất của danh nhân Phạm Thận Duật, UBND tỉnh Ninh Bình, Viện Sử học Việt Nam, hội Khoa học lịch sử Việt Nam đã long trọng tổ chức hội thảo về thân thế, sự nghiệp Phạm Thận Duật, đã dựng nhà bia tưởng niệm ông tại Yên Mô Thượng. Các báo Nhân dân, Quân đội nhân dân, Hà Nội mới, Đại đoàn kết, Tin tức buổi chiều, Văn hóa và thể thao, Đài phát thanh Tiếng nói Việt Nam… đều có bài viết, bài nói về thân thế, sự nghiệp của Phạm Thận Duật; Đài truyền hình Việt Nam giới thiệu tập phim tài liệu: “Phạm Thận Duật – cuộc đời và sự nghiệp”. Tháng 11 năm 2000, Trung tâm Unesco thông tin tư liệu lịch sử và văn hóa Việt Nam và Nhà xuất bản Văn hóa Thông tin đã xuất bản cuốn “Phạm Thận Duật toàn tập”. Cuốn sách đã nêu rõ thân thế sự và sự nghiệp trên chính trường, chiến đấu cùng các trước tác của ông.