倪宽迁升为左内史之职。左内史，相当于后来的京兆尹，负责治理京城长安所在的关中地区民政。在任期间，以儒家道德教化民众，采取措施奖励农业、缓刑罚，重新清理狱讼，选用仁厚之士，体察民情，做事讲究事实求是，不务虚名。因此，深得关中地区民众拥戴。
关中地区，秦时修建了郑国渠，两岸农民深得灌溉之利，土地肥沃，田赋是第一等的，是汉朝赋税的重要来源之一。倪宽了解到，郑国渠上游南岸高卯之田仍然十年九旱，首倡开凿六辅渠，得到汉武帝的同意后，倪宽征发民工，在郑国渠上修筑了六条渠道，史称“六辅渠”，使两岸高卯之地得到灌溉，原来的郑国渠发挥了更大的效益。
为了做到避免纠纷、合理用水、上下游兼顾，又制定和颁布了“水令”，使人民按令用水，上下相安，很快使关中地区出现农业丰收，经济繁荣的局面。倪宽关心民间疾苦，收租税时，对一些丰歉不同的地区和农户进行适当调整，对一些贫弱户和因故不能及时缴纳的可以延缓和减免，因而赋税征收速度较慢。
后来，因军务用粮紧急，朝廷令左内史征收赋税。于是，大家户赶牛套车，小户担挑背负，交粮路上人车连绵不绝。结果，赋税任务不但没有落后，反而成为完成最快最好的，汉武帝愈加惊奇倪宽的才能。
汉武帝封倪宽为御史大夫，跟从武帝东巡泰山，举行封禅大典，倪宽主司封禅大典仪式。在此之前，梁国国相褚大精通五经，为五经博士时，倪宽为博士弟子，位在褚大之下。后御史大夫一职空缺，武帝召褚大入京，褚大自以为做御史大夫无疑。行至洛阳，听说倪宽做了御史大夫，心中不服，以为武帝用非其人。及至长安，与倪宽在武帝面前共议巡狩封禅之事，看到倪宽引经据典、对答如流、无懈可击，方知武帝知人善任，倪宽才能确实胜过自己。
汉朝初年，方纲大纪都是初创，历法还是沿用秦朝颁定的历法，其朔晦月建、弦望满亏多有差错。中大夫公孙卿、壶遂、太史令司马迁，建议汉武帝修改历法。汉武帝接受建议，诏令倪宽主持修改历法事宜，倪宽召集公孙卿、壶遂、司马迁等二十余人，又加上方士邓平、落下闳等人共同推算制定出了新的历法，即汉朝的《太初历》。
该历法较秦朝颁行的颛顼历有了很大进步，是当时最精密的历法，推定一回归年为365.日，一月为29.4381日，颛顼历以十月为岁首，《太初历》以一月为岁首。
把二十四节气订入了历法，以没有中气的月份为闰月，十九年设置7个闰月。太初历就是所谓的夏历或农历，自西汉太初元年实行，经过不断改进，被一直沿用下来。