如果依例升迁，即使做到须发皆白，也难以得高官显爵，要想实现自己的抱负、一展宏图，只有再走科举之路，凭靠自己的真才实学，及第夺魁，平步青云，封侯拜相。为此，他一方面勤於公务，一方面延请名师指导学业，等待参加京城会试机会的到来。
曹鼐奉知县之命督工匠至京师服役，这年秋天，正赶上顺天乡试，立即上疏皇帝乞求恩准他参加顺天乡试，在八月的顺天乡试中，曹鼐以第二名再次考中举人。参加进士考试，举子们人人冻得瑟瑟缩缩，但曹鼐神采飞扬，毫不感到寒意。他成竹在胸，从从容容地磨墨润笔，挥笔疾书，结果，又高中会试第二名。一向沉稳的曹鼐，此时也喜形於色了。接着，参加殿试，在保和殿里，皇帝朱瞻基亲自出题面试。对皇上的策问，曹鼐鞭辟入里、对答精当，而且文思敏捷，大篇下笔，一挥而就。皇上欣然色喜，亲自选定他为第一甲第一名。这时，曹鼐三十一岁。就这样，曹鼐成为明代历史上两次中举、会试第二、殿试夺魁的新科状元。曹鼐锐意进取、不达目的决不罢休的精神，也影响和鼓舞了其弟曹鼎。经过苦读，曹鼎后来也考取了进士，官吏部给事中。
曹鼐从典史一跃而大魁天下，轰动了整个京城，一时间传为美谈。皇上朱瞻基喜获人才，更是自鸣得意，廷试结束后一改过去在皇家林苑内赐进士宴的惯例，特在礼部举行赏赐宴会，招待曹鼐等新科进士。这是对新科进士前所未有的恩宠，也是给曹鼐的殊荣。礼部开宴这天，京城万人空巷，百姓纷纷涌到礼部门前，争睹新科状元的丰采。当曹鼐在其他新科进士的簇拥下，眉飞色舞地出现在礼部门前时，围观的百姓人头钻动，赞美声不绝，羡慕的人更是不计其数。「进士赐宴礼部，自曹鼐始。」这种恩宠有加的做法，自此而成为新的惯例，一直延续到清代末年科举考试寿终正寝为止。
由宰相杨荣、杨士奇推荐，入值文渊阁，参预机务，曹鼐为人“内刚外和，通达政体”，为政清廉，一身正气，两袖清风。“杨荣死后，杨士奇常病不能视事，阁务多由曹鼐处理。”英宗因其贤德，进吏部左侍郎兼翰林学士。但英宗昏庸，奸阉王振擅权，“王爵天宪，悉出其口，生杀予夺，任己爱憎”，排斥异己，陷害忠良，压制百官，其聚敛之金银达60多库，从此朝政日非，边防也随