Nhiều năm sau vụ việc ở hậu cung, vua Trần Thái Tông nay đã trưởng thành, nhà vua lúc này tự mình điều hành đất nước, Trần thái sư bây giờ không còn phải nhiếp chính như trước kia. Nhà vua tỏ ra là một vị minh quân, quyết định mọi việc trong nước vô cùng sáng suốt, trong đó đặc biệt rất chú trọng đến giáo dục thi cử. Khoa thi vào năm 1246 là khoa thi Thái học sinh đầu tiên do chính vua Trần Thái Tông cho mở, trong kì thi này sĩ tử ở mọi nơi nô nức kéo về Thăng Long dự thi, nếu thi đỗ Thái học sinh ngay lập tức sẽ được bổ nhiệm làm quan. Nổi bật nhất trong kì thi này có Trần Quan Quang là người đạt điểm thi cao nhất trong số 44 người đỗ Thái học sinh.

Các sĩ tử thi đỗ sẽ được triều đình phong quan tiến chức, điều này khiến cho lòng dân háo hức. Nhà vua định lệ cứ bảy năm khoa thi được mở một lần, kì thi tiếp theo sẽ được mở ngay vào năm sau (năm 1247). Vì những kì thi trước đó các thí sinh thi đỗ chỉ được gọi chung là Thái học sinh chứ không được phân chia thứ bậc rõ ràng nên lần này vua Trần Thái Tông đã lập ra Tam khôi (gồm có Trạng nguyên, Bảng nhãn, Thám hoa) nhằm để vinh danh ba người có kết quả cao nhất khoa thi và ban thưởng xứng đáng cho họ. Kết quả khoa thi rất thành công, triều đình lấy được 48 người đỗ Thái học sinh, trong đó có ba người đỗ cao nhất là Trạng nguyên Nguyễn Hiền, Bảng nhãn Lê Văn Hưu và Thám hoa Đặng Ma La.

Nguyễn Hiền chỉ mới 13 tuổi đã đỗ Trạng nguyên, trở thành Trạng nguyên nhỏ tuổi nhất trong lịch sử thi cử Việt Nam, vì là Trạng nguyên đầu tiên của nhà Trần nên được gọi là Khai quốc Trạng nguyên. Vua Trần Thái Tông nghe bảo Nguyễn Hiền chỉ mới 13 tuổi đã đỗ Trạng nguyên nên rất ngưỡng mộ tài năng của Nguyễn Hiền, nhà vua cho triệu Trạng vào hỏi:

- Nghe nói Trạng nguyên học hành chăm chỉ, lúc 11 tuổi đã nổi tiếng làu thông kinh sử và được mệnh danh là thần đồng, vậy Trạng nguyên học với ai?

Nguyễn Hiền đáp:

- Tâu bệ hạ, thần không phải là người sinh ra đã biết hết nhưng tự học là chính. Gia đình cho thần theo học với một nhà sư, khi nào có chữ không biết thì thần mới hỏi thầy chùa.

Vua Trần Thái Tông cho rằng Nguyễn Hiền tuổi trẻ tài cao nên đã có thái độ ngông nghênh tự mãn, nhà vua không bằng lòng:

- Trạng nguyên đúng là nhân tài hiếm gặp, nhưng hiện tại tuổi của Trạng nguyên chưa thể làm quan được, vậy nên khanh hãy về quê nhà để học thêm lễ nghĩa, sau này hãy quay lại kinh thành, trẫm sẽ phong quan tiến chức.

Biết nhà vua không thích mình, Nguyễn Hiền đành chấp nhận theo thánh chỉ của vua mà về lại quê nhà ở xã Dương A, huyện Thượng Hiền, phủ Thiên Trường (Nam Định ngày nay). Khi Nguyễn Hiền trở về quê, tuy đỗ Trạng nguyên nhưng chưa được phong quan hay mũ áo gì, Trạng về quê phụng dưỡng mẹ, tiếp tục tự học và vẫn đi chân đất ra đồng chơi đùa như bao đứa trẻ khác.

Theo ý của vua Trần Thái Tông cho rằng Nguyễn Hiền tuổi trẻ tài cao nên sinh ra tự cao tự đại, thái độ ngông nghênh, nhưng chính xác mà nói lúc Nguyễn Hiền trả lời với nhà vua như vậy đã là "khiêm tốn" lắm rồi.

Nguyễn Hiền có cha tên là Nguyễn Bá Luân đã mất sớm, mẹ tên là Nguyễn Nhụ Nhân. Nhà Nguyễn Hiền rất nghèo nên cậu không có tiền đi học, kinh tế gia đình càng khó khăn hơn khi cha cậu mất sớm. Nguyễn Hiền phải phụng dưỡng mẹ và đi cày ruộng, chăn trâu để có tiền trang trải cuộc sống. Thực chất là Nguyễn Hiền không theo học thầy nào cả. Nhà của Nguyễn Hiền gần chùa Cảnh Tiên nên Trạng thi thoảng ra chùa chơi, gặp sư thầy mở lớp dạy học cho con nhà quyền quý trong vùng nên thừa dịp học lỏm. Không có tiền mua giấy nên Trạng phải viết chữ ra lá chuối để học, ngày ngày Nguyễn Hiền kiên trì chăm chỉ, tự học mà thành tài.

Một thời gian sau, khi đang chăn trâu ngoài đồng cùng chúng bạn, Nguyễn Hiền và các bạn khéo léo nặn ra được một con voi bằng đất rất đẹp. Lúc này trong đám trẻ có đứa bảo:

- Giá mà con voi này biết đi thì sẽ tuyệt hơn nữa.

Nguyễn Hiền thấy làm hay, ngẫm nghĩ một hồi rồi nhờ các bạn chia nhau đi tìm bắt giúp bốn con cua, hai con bướm còn sống, một con giun đất và một con đĩa đem về. Nguyễn Hiền và các bạn đã dùng những thứ này để làm voi đất biết đi. Dùng bốn con cua gắn vào chân voi để voi đi được, hai con bướm dùng làm tai voi để tai voi ve vẩy được, con giun đất làm đuôi, còn con đĩa để làm vòi. Lũ trẻ làm xong voi đất biết đi thì vô cùng phấn khích.

Lúc này quan sứ nhà Trần phụng lệnh nhà vua đi tìm Nguyễn Hiền vô tình đi ngang qua đây, bắt gặp thấy bọn trẻ làm được con voi đất biết đi rất độc đáo, người trưởng thành còn chưa chắc nghĩ ra được vậy nên đứa trẻ làm ra được con voi đất biết đi này chắc chắn không phải là đứa trẻ bình thường. Trạng nguyên cũng vừa trạc tuổi lũ trẻ ở đây nên quan sứ đoán Trạng nguyên chắc chắn là trong số đám trẻ này. Nhưng sứ không biết mặt Trạng nên ra vế đố để thử tài, xem Trạng Hiền là ai:

- Tự là chữ, cắt giằng đầu, chữ tử là con, con ai con ấy?

Nguyễn Hiền nghe thấy nhanh chóng đáp lại:

- Vu là chưng, bỏ ngang lưng, chữ đinh là đứa, đứa nào đứa này!

Biết chắc người đáp câu đối vừa rồi là Nguyễn Hiền, quan sứ mừng lắm, tỏ vẻ trang trọng nói với Nguyễn Hiền:

- Đây chắc là Khai quốc Trạng nguyên. Tôi đi tìm ngài mãi.

Nguyễn Hiền hờ hững đáp sứ giả:

- Ta đây đâu phải là Trạng nguyên nữa.

Quan sứ kể:

- Bẩm Trạng, vừa rồi có sứ thần Mông Cổ sang thăm nước ta, hắn đã đưa ra thử thách cho triều đình, thách đố triều đình hãy dùng sợi chỉ xâu qua con ốc, nhưng triều đình không ai làm được. Vậy nên bệ hạ sai tôi đến đây để hỏi ý ngài.

Nguyễn Hiền chẳng thèm nói gì, quay sang bọn trẻ con tiếp tục vui đùa. Thấy quan sứ đứng chờ đã xót ruột, trạng bèn xúi các bạn hát:

"Tích tịch tình tang

Bắt con kiến càng buộc chỉ ngang lưng

Bên thì lấy giấy mà bưng

Bên thì bôi mỡ kiến mừng kiến sang".

Quan sứ nghe vậy đã biết đây là câu trả lời triều đình cần, vội vàng từ biệt trạng, tức tốc quay về Thăng Long.

Bạn bè thấy Nguyễn Hiền buồn nên an ủi:

- Cần gì chức quan cao sang, ở làng ta là vui nhất.

Nguyễn Hiền buồn bã nói:

- Không giấu gì các bạn, tôi tuy ở quê nhà nhưng lòng vẫn luôn hướng về triều đình, mong là một ngày không xa sẽ được đứng ra giúp nước.

Không lâu sau, Đại Việt bị đế quốc Mông Cổ dòm ngó tính bề xâm chiếm. Mông Cổ sai sứ đem thư sang triều đình Đại Việt thách đố lần nữa, trong thư chỉ có bốn câu chữ Hán:

"Lưỡng nhật bình đầu nhật,

Tứ sơn điên đảo sơn.

Nhị vương tranh nhất quốc,

Tứ khẩu tung hoành gian."

Bá quan triều đình không ai giải được câu đố lạ lẫm này, ngay cả những vị lão thành trong Quốc học viện cũng phải bó tay. Nếu Đại Việt không giải ra thơ đố thì sẽ nhục cho quốc thể. Vua Trần hết sức lo nghĩ, đành phải tiếp tục cầu cứu Nguyễn Hiền, nhà vua lệnh cho viên quan sứ lập tức phóng ngựa nước đại đến quê của Trạng đón Trạng về Thăng Long.

Nguyễn Hiền đang chơi đùa cùng các bạn thấy quan sứ đến thì liền bỏ về, sứ vội vàng đuổi theo rồi đưa thánh chỉ của nhà vua ra nói:

- Bẩm trạng nguyên, hoàng thượng và triều đình đang có chuyện cấp bách muốn nhờ ngài, xin Trạng nguyên đừng để bụng chuyện cũ mà hãy theo tôi về Thăng Long.

Nguyễn Hiền trả lời ngay:

- Ta không về!

Quan sứ nói:

- Trạng nguyên, triều đình đang rất cần ngài mà ngài lại dửng dưng ở đây, dám chống lại thánh chỉ vua ban ư? Ngay cả hoàng thượng cũng đã xuống nước với ngài, ngài thật là không biết lễ nghĩa.

Nguyễn Hiền liền bảo:

- Ta đỗ đến Trạng nguyên mà ngươi lại bảo là ta không biết lễ nghĩa ư? Chính nhà vua mới không biết lễ. Rước ta mà không theo lễ rước của Trạng nguyên thì ta không về triều.

Quan sứ giải bày:

- Vì công việc gấp rút nên nhà vua đã bỏ quên điều này, xin Trạng thông cảm, đợi khi giải xong câu đố thì làm lễ rước Trạng cũng không muộn.

Nguyễn Hiền đáp:

- Vậy thì ta không về.

Quan sứ nói tiếp:

- Nơi này cách xa kinh thành phải hơn trăm dặm, nếu bây giờ tôi quay về Thăng Long gọi quân lính mang theo cờ quạt võng lọng đến đây rước ngài trở về triều thì chắc chắn phải mất hai ngày đường.

Nguyễn Hiền đáp:

- Nếu vậy thì triều đình chỉ cần nói với sứ thần Mông Cổ là Đại Việt không có ai giải được câu đố, vậy là xong.

Sứ giả hết cách đành phải quay về bẩm báo lại với vua Trần Thái Tông, nhà vua chiều theo ý của Nguyễn Hiền, sai quân lính mang theo cờ quạt võng lọng đến quê Nguyễn Hiền rước Trạng về kinh thành theo đúng lễ rước Trạng nguyên. Lúc này Nguyễn Hiền mới chịu về Thăng Long.

Gặp được Trạng, vua mừng lắm, thấy Nguyễn Hiền mặc bộ đồ chăn trâu xốc xếch, lấm lem nên vua hối thúc Trạng nhanh nhanh thay y phục Trạng nguyên rồi vào triều bái kiến cho phải phép. Nhưng Nguyễn Hiền một mực không chịu thay quan phục, vua Trần Thái Tông hết cách, đành cho gọi cậu vào triều bái kiến và gặp sứ giả với bộ đồ chăn trâu lấm lem. Nhà vua đưa bài thơ đố cho Nguyễn Hiền.

Nguyễn Hiền nhìn vào trả lời ngay:

- Đây là chữ "điền". 田

Nhà vua lấy làm kinh ngạc khi tận mắt chứng kiến trí tuệ và bản lĩnh của Nguyễn Hiền, chỉ là một cậu nhóc 13 tuổi nhưng vừa nhìn vào đã tự tin nói ngay kết quả câu đố trong khi cả triều đình đều bó tay.

Nguyễn Hiền giải thích:

Lưỡng nhật bình đầu nhật, tức là hai mặt trời đầu bằng nhau, vậy nghĩa là có hai chữ "nhật". 日

Tứ sơn điên đảo sơn, tức là bốn hòn núi nghiêng ngả, vậy là trong này có bốn chữ "sơn". 山

Nhị vương tranh nhất quốc, là hai vua tranh một nước, có hai chữ "vương". 王

Tứ khẩu tung hoành gian, tức là bốn miệng ngang dọc trong khoảng đó, trong này có bốn chữ "khẩu". 口

Vậy ta có hai chữ nhật, bốn chữ sơn, hai chữ vương và bốn chữ khẩu, gộp các chữ này lại sẽ ra chữ "điền". 田

Nguyễn Hiền giải thích xong rồi quay sang hỏi sứ thần Mông Cổ bằng tiếng Tàu:

- Tôi đoán vậy có đúng không?

Sứ thần Mông Cổ kinh ngạc không tin vào mắt mình, một cậu nhóc 13 tuổi lại có thể giải được câu đố hóc búa. Sứ thần hỏi:

- Này cậu nhóc, sao cậu có thể giải được câu đố này?

Nguyễn Hiền nhân cơ hội này lừa sứ giả:

- Câu đố này bình thường thôi, một đứa trẻ chăn trâu như tôi còn biết. Vì tôi nghe nói ngài mang câu đố sang Đại Việt thách đố, nên tôi muốn thử sức giải đố, xem mình đã chăm chỉ học hành được tới đâu. Nhà vua biết được ý nguyện của tôi nên cho tôi vào đây thử tài.

Sứ giả Mông Cổ nhìn kĩ Nguyễn Hiền, nghĩ thấy đúng thật chỉ là một cậu nhóc chăn trâu bình thường, quần áo lượm thượm, đi chân đất, mặt mũi lấm lem nên y tin sái cổ. Lúc này vua Trần Thái Tông mới hiểu được dụng ý của Nguyễn Hiền.

Thế là Khai quốc Trạng nguyên Nguyễn Hiền đã cứu nguy cho thể diện quốc gia, nhà vua sau này rất yêu mến Nguyễn Hiền, giao cho ông nhiều trọng trách và phong cho ông làm Thượng thư Bộ công (tương đương với chức Bộ trưởng ngày nay).

Tài năng của Nguyễn Hiền trong thiên hạ thật khó ai sánh bằng, chỉ tiếc rằng vị Trạng nguyên ấy qua đời quá sớm khi mới vừa 21 tuổi. Vua Trần Thái Tông thương tiếc truy phong ông là Đại vương Thành hoàng, cho xây dựng đình thờ Nguyễn Hiền ở 32 nơi. Ngoài ra nhà vua còn cho đổi tên huyện Thượng Hiền thành Thượng Nguyên để kiêng tên húy của Nguyễn Hiền nhằm tỏ lòng tôn kính một thần đồng yểu mệnh.