杜衍字世昌，越州山陰人。
父親杜遂良，官至尚書度支員外郎。
杜衍束發苦志厲操，尤其酷愛讀書。
考中進士甲科，補揚州觀察推官，改任秘書省著作佐郎、知平遙縣。
朝廷使者推薦他，任晉州通判。
诏令推舉品質優良的官吏，杜衍被提升為乾州知州。
陳堯咨安撫陝西，朝廷诏令藩府賜宴，陳堯咨到乾州，由于杜衍有才能，特地賜宴，于是将杜衍調任鳳翔府知府。
到罷官回鄉，二州的老百姓将杜衍阻攔在州境上，說：“為什麼要調走我們賢明的太守呢？”以太常博士提點河東路刑獄，升任尚書祠部員外郎。
巡視潞州，澄清冤案，知州王曙因此寫了《辨獄記》。
高繼升任石州知州，有人報告說高繼升勾結外族策劃變亂，将其逮捕捉拿，久不判決，杜衍辨明這是一起冤案，于是将誣告者治罪。
甯化軍守将将人審訊定為死罪，案情不實，杜衍反複核實加以改正。
守将不伏罪，上訴朝廷，诏令刑獄複審，果然罪不當死。
移任京西路，又調任揚州知州。
有司上奏杜衍辨别冤獄依法當受賞賜，升職刑部。
章獻太後派遣使者安撫淮南，使者回京，還沒有說其他話，就問杜衍是否安康，使者将杜衍的治理情況向太後做了彙報。
太後感歎說“：我知道很久了。
”
調任河東轉運副使、陝西轉運使。
奉召任三司戶部副使，提升為天章閣待制、知江陵府。
未到任，恰遇河北軍費缺乏，轉為都轉運使，升為工部侍郎，不向老百姓征收賦稅而軍費充足。
回京，任樞密直學士，求出京補外，以右谏議大夫知天雄軍。
開初，杜衍為政嚴謹細密，不用嚴刑來督責官吏，但官吏和百姓也畏懼他的清廉嚴整。
仁宗特地召他為禦史中丞。
杜衍上奏說“：中書、樞密，是古代所說的三事大臣，也就是所謂坐而論道之人。
如果隻逢雙日進對前殿，又憑什麼來全知天下之事呢？應不斷地召見他們，賜坐便殿，來敬獻可否之議，其他，就不必親自煩勞陛下了。
”又議論常平法說“：年成有好有壞，因而谷價有高有低，官府用法律來平抑價格，那麼老百姓能獲利。
如今富商大賈，乘糧價低時收取，發生旱澇災荒時，則進行囤積而不發放，希望價格不斷上漲，來獲取豐厚之利，這樣老百姓就會感到生活困難。
請求根據州郡的遠近，戶口的多少，嚴格賞罰，督促官吏，按時收放不要誤時，價格要适宜。
官府買進的糧食不充足，則禁止争相買糧來謀求暴利；買完糧食将它們進行儲藏，則要考察有的以供應軍隊為名謀取暴利。
州郡缺少母錢，希望