由于成绩优异，表现突出，作为全班两个党员之一，温家宝在本科毕业时被保送读研究生。1968年研究生毕业时，温家宝主动要求前往“边塞”甘肃，他被分配到武威以西500公里的酒泉，一干就是十多年。
温家宝在酒泉的地质力学队任技术员，主要从事祁连山地区区域地质调查，即填出不同比例尺的地质图供找矿用。据《兰州晨报》报道，温家宝从地质技术员干起，常年奔波在野外，用老同志的话讲，一年四季穿皮袄，没有见过夏天。至今仍供地质部门使用的祁连山脉1∶20万区调图，就是在温家宝参与下绘制完成的。
中国工程院院士汤中立曾经在甘肃地矿局与温家宝共事。他曾向记者回忆，“温家宝的工作能力是很有特色的，他能抓住问题的关键，也能够给领导出谋划策。”
1976年，温家宝由队技术员调任队政治处干事，随后转为政治处负责人。在地质队曾经发生过一次温家宝让工资的故事。温家宝毕业以后，到1970年代的很长时间里，都没有提过工资。汤中立回忆：那次国家有个精神，要给一部分人提一级工资，大概只有百分之四十的比例。
“本来他们队上要给温家宝提一级工资，但他表示让给其他的同志。”汤中立说，在那个时候能提工资机会难得，他主动让了。
1981年，温家宝被提拔为甘肃省地质局副局长，更大的政治机遇也很快到来。1980年8月18日，邓小平在中央政治局扩大会议上作了《党和国家领导制度的改革》的讲话，谈到“干部队伍要年轻化、知识化、专业化，并且要把对于这种干部的提拔使用制度化”。
在此背景下，时任地质矿产部部长孙大光开始在全国地质系统考察干部，为部级后备干部选将。
“从1980年开始，先后组织了五批这样的考察，涉及三十多名中青年干部。我有幸参加了第二批和第四批考察。”2010年1月13日，在孙大光去世五周年纪念日，温家宝在《人民日报》上发表了一篇回忆文章，称：“我们这些名不见经传的小人物，就是这样从山沟里被选拔出来，一步步走上领导岗位的。”
在西北山沟里磨砺十四年后，1982年，温家宝由甘肃调入北京，进入地矿部，担任正局级政策法规研究室主任。
从地方到中央
赴地矿部工作后，温家宝曾经给潘桂堂写去一封信：
“经中组部批准，上个月我已调任地质矿产部政策法规研究室主任，这对于我来说有着一副不轻松的担子。前面的道路不会是平坦的，困难很多，我还是坚持这样的人生要义：聪明老实，且多闻多思，实事求是，持之以恒，行之有素。就可以克服一切困难，公道自在人心。”落款时间是1982年12月19日。
1983年，温家宝升任地矿部副部长，分管计划、财务等工作。
对于孙大光的知遇之恩，温家宝心存感念，即便后来到中央工作时，也不忘逢年过节看望老领导。“我父亲不过是发现了一个人才而已，他只是做了一个伯乐。”孙大光之女孙茜苓说。
但作为地质专业出身，温家宝的确非常重视地质事业的长远发展。“国务院做出关于加强地质工作的决定，就是他当副总理后期的事情。”潘桂堂认为，1998年地矿部被并入国土资源部的影响很大，“这个决定以后的十几年，是地质工作最辉煌的时候。”
在地矿部副部长任上不足两年，1985年春天，温家宝被任命为中共中央办公厅副主任。据人民网2012年报道，温家宝在上世纪80年代得到重用，主要因为时任中共中央总书记胡耀邦“选干部不任人唯亲，很重才干”。胡耀邦挑选标准有四个：副部级以上、年轻、学历较高和有才能。一位曾在中共中央办公厅工作近10年、作为温家宝直接下属4年多的人士说，“中组部考察时，发现他各方面才能很全面，人品也好，而不仅仅是个只懂技术的干部。”
关于这段往事，胡耀邦之子胡德华曾对《东方早报》回忆：“王兆国同志跟我讲过，当时他是中央办公厅主任，他就跟我父亲提出来，说：‘中办还要有一个副主任，耀邦同志你看选谁好?’父亲就说：‘中办这个岗位非常重要，你要选一个非常优秀的干部，最好选一个我不认识的干部，要选你认为最优秀的。’因为如果选他认识的，将来一些原则问题不好处理。这样，兆国和中组部专门挑选了家宝同志。”
从中办副主任到主任，温家宝给下属留下工作非常细致的印象。“我们写的文件，包括研究室的领导都觉得没问题了，他还是能发现一些问题，比如措辞不当等。”曾经在上世纪80年代在中办工作过的吴稼祥觉得：温家宝做任何事情都非常认真。
之后，温家宝从中央政治局候补委员，到中央政治局委员，分管的事项愈发繁重。1992年后，温家宝以政治局委员身份兼任书记处书记，主管财经、科技、农业和农村工作，兼任中央财经领导小组副组长、防汛总指挥部总指挥等职务。
(刘斌)