元禄四年（1691年），新井白石离开堀田家，再次过上浪人生活。离开堀田家后，木下顺庵想把他推荐给金泽藩，但新井白石把职位让给了出身该国的冈岛石梁。由此他以重视友情而闻名。

元禄六年（1693年）冬，在木下顺庵的推举下，新井白石成为甲府藩主德川纲丰的侍讲。

宝永元年（1704年），随着德川纲丰改名德川家宣并作为五代将军纲吉的世子进入江户城西之丸，新井白石也被列为寄合。德川家宣成为将军后，新井白石获得重用，在幕府政治上积极建言献策，致力于改善上代以来的弊政。在身份上，他获得了五百石领地，跻身旗本。

正德元年（1711年），新井白石就任从五位下筑后守，在武藏国埼玉郡、相模国镰仓、高座二郡领一千石。同年家宣去世，其子德川家继成为将军，新井白石与侧用人间部诠房一起辅政。

享保元年（1716年），德川吉宗入继将军之位，新井白石失去了政治上的地位。此后，他专心从事写作。

享保十年（1725年）五月十九日，新井白石去世，享年六十几岁，葬于今东京都浅草报恩寺，后迁至中野区上高田高德寺。

在政治思想方面，新井白石认为当政者首先自己要具备崇高道德，率先实行以“道”为准则的政治才是幕府长久稳定的根本。他希望将军家宣成为像尧舜那样理想的君主，在十九年间有一千二百九十九天为家宣讲课，灌输这些信念。他还主张致力振兴礼乐，以仁爱精神统治人民。但是他的这些政治观点是太高远的理想主义，而且他也棱角多、欠圆滑，对反对意见从不妥协，要彻底地驳倒，所以幕府老中都讨厌他，称他为“鬼”，不久就和间部诠房一起陷入了孤立的状态，不得不在失意中度过晚年。

在政治实践方面，新井白石主导了金银货的改良、日朝外交的修正（变更将军书翰的样式和接待朝鲜通信使的方式）、实施《海舶互市新例》。此外还建议废止皇子皇女出家的惯例、处置偷渡日本的传教士西多契、起草《宝永武家诸法度》的草案以及处理大大小小的司法案件，为正德之治作出重要贡献。

新井白石虽然属于朱子学派，但当时日本的儒学者大多只读中国书，而他对日本文献也有很强的兴趣和丰富的知识，并以合理、实证的态度，在广泛的领域内发表自己的见解。其中，他特别致力于对日本史的论述。作为对家宣的进讲方案的总结，他写了《藩翰谱》，按谱系叙述了各大名家的事迹；又写了《读史余论》，追溯摄关政治以来的政权更迭，一边对政治的得失加上评论，一边说明德川家康称霸的由来。他还写过《古史通》，试图对神话进行合理的解释，并试图探明其中所含的历史情况。此外，他还写了《史疑》，对六国史进行了文献批判，但该书已亡佚。他的历史研究也被用于解决幕政面临的课题。例如《本朝宝货通用事略》，从日本金银产出的起源说起，论述了贸易对货币外流的损害，这成为正德五年（1712年）长崎贸易限制新令（正德新令）的一个论据。

另外，为了振兴礼乐，他还写了大量关于制度史、典章故事的考证性著述，如《武家官位装束考》。在地志编著方面，他也是先驱。特别是以询问罗马传教士西多契所获得的知识为基础所著的《西洋纪闻》《采览异言》，是锁国时代介绍世界情况的著作中最早的一部。他一面否定欧洲宗教、道德价值，另一方面承认其知识、技术的优秀，成为很长一段时间里日本人对欧洲文化的观念的起源。另外，他还著有《虾夷志》《南岛志》《琉球国事略》，是最初关于北海道岛（虾夷地）和琉球群岛的完备地志。

在语言文字的研究中，新井白石在《东雅》中广泛收集日语名词，考证其语源及其后来的变迁；在《东音谱》中，他将日本表示五十音的汉字与当时的中国各地进行比较；在《同文通考》中，他阐述了汉字的起源以及日本的神代文字、假名、国字、俗字等。

新井白石擅长汉诗文，据说他获得木下顺庵的认可也是由于他去山形旅行时的游记。代表作为《白石诗草》。年轻时喜欢俳谐，但在侍奉堀田家时，学者认为应该在汉诗文上下功夫而作罢。他退居幕政之后所著的《折焚柴记》不仅是宝贵史料，作为自传文学也获得高度评价。

新井白石传世的所有作品被整理为《新井白石全集》全六卷。