林则徐抗英有功，却遭投降派诬陷，被道光帝革职，他忍辱负重，道光二十一年（1841年7月14日）踏上戍途。在赴戍途中，仍忧国忧民，并不为个人的坎坷而唏嘘，当与妻子在古城西安告别时，在满腔愤怒下写了“苟利国家生死以，岂因祸福避趋之”的激励诗句。这是他爱国情感的抒发，也是他性情人格的写照。
　　道光二十一年十一月初九日到新疆。林则徐不顾年高体衰，从伊犁到新疆各地“西域遍行三万里”，实地勘察了南疆八个城，加深了对西北边防重要性的认识。林则徐所译资料中发现沙俄对中国的威胁，促成了他抗英防俄的国防思想，成为近代“防塞论”的先驱。于是他明确向伊犁将军布彦泰提出“屯田耕战”，有备无患。他还领导群众兴修水利，推广坎儿井和纺车，人们为纪念他的业绩，称为“林公井”“林公车”。林则徐根据自己多年在新疆的考察，结合当时沙俄胁迫清廷开放伊犁，指出沙俄威胁的严重性，临终时曾大声疾呼，告诫国人：“终为中国患者，其俄罗斯乎！吾老矣，君等当见之。” 果不其然，百余年之后，数百万领土已被蚕食鲸吞，历史证明了林则徐是正确的！
　　道光二十五年（1845年）开始，朝廷重新起用林则徐，调任陕甘总督、陕西巡抚、云贵总督。道光二十五年九月奉召回京候补，十一月以三品顶戴署理陕甘总督。二十六年（1846年）四月，授陕西巡抚，七月初九（8月30日）抵陕上任。这时的陕西，各种社会矛盾十分尖锐：鸦片战争时，清廷为解决军费困难，除调拨陕西征收的盐税外，还强令陕西捐银一百多万两。鸦片战争后给外国侵略者的赔款也摊派到陕西，仅西安府咸宁、长安两县的赔款银，年征收就在二万两以上，相当于上缴正银数的三分之一；加上各地接连发生灾荒，劳苦群众生活异常艰难；渭南、富平、三原、大荔、蒲城等地的“刀客”与当地回民联合起来，反抗官府的斗争此起彼伏。

镇压刀客
　　林到任后下令对“刀客”严加镇压，并申明对地方官中镇压得力者将奏请朝廷予以嘉奖；同时，又采取了一系列赈灾措施。一方面，把西安府等地的一百多万石存粮向贫民平粜，对于无力购粮的极贫户与老弱病残者，由官方收养，省城西安即收养极贫百姓三四千人；劝绅商富户出钱出粮救济其所在村寨的贫困户，并令地方官与各地富户收买、质押耕牛，以免影响耕种；另一方面，向清廷连上《被旱各属分别缓征折》《咸宁等十二州县应征粮石展限奏销折》，请求朝廷缓征钱、粮。为从根本上免除灾荒，他筹议兴修关中水利，命陕西督粮道张集馨对《关中胜迹图志》一书加以研究，提出方案。这一计划终因费用太大，未能实现。林通过上述多种办法，使陕西局势得到暂时的稳定，但他却因劳累成疾，只好奏请朝廷准假三个月，开缺医治。