1865年5月23日，清廷命曾国藩为钦差大臣，赴山东督军“剿捻”，以江苏巡抚李鸿章署理两江总督。李鸿章署理两江总督，虽然励精图治，但因地位不稳，时间较短，成效甚微，他受命刚满五个月，就突然奉命赴河洛防剿，兼顾山陕门户，李鸿章拒绝视师河洛。当时捻军主力已经挥师东指，同时李鸿章担心“一军两帅，牵制殊多”，而且也害怕失去对饷源重地两江实权的控制。李鸿章便于11月25日复奏，婉转要挟清廷，陈述视师河洛，“兵难远分，饷难专恃，军火难常接济三端”。
在剿捻战场上，曾国藩因被捻军打得狼狈不堪，而愧惧交加，称病请求开缺。清廷深知只有换马，才能消灭捻军，因而于公元1866年12月7日命曾国藩仍回两江总督本任，授李鸿章为钦差大臣，专办剿捻事宜。由于李鸿章妥善地解决了粮饷供应问题和灵活地实施了“划河圈地”、“以静制动”的战略方针，在不到两年的时间就把捻军扼杀在血泊之中。李鸿章用起义军的鲜血染红了顶子。1870年，李鸿章就任直隶总督兼北洋大臣。从此，李鸿章“坐镇北洋，遥执朝政，凡内政外交，枢府常倚为主，在汉臣中权势为最巨”。
创办实业 洋务中坚
19世纪下半叶，随着捻军起义失败，中国国内农民起义逐渐平息。帝国主义列强加紧侵略中国，边疆危机纷至沓来，所谓“中外和好”的局面一去不复返了。“坐镇北洋，遥执朝政”的李鸿章，通过同外国人士，早期维新志士和驻外使节的频繁交往以及洋务活动的初期实践，对中外形势和应付之策，有了更为明确的认识，提出了“外须和戎、内须变法”的洋务总纲。
客观地说，李鸿章对当时中外形势的概括扼要而中肯，发人深思。此时，他大声疾呼中国绝不应沉迷于“天朝上国”的迷梦而抱残守阙、不思振作，强调“我朝处数千年未有之奇局，自应建数千年未有之奇业”。在他看来，举办洋务就是“处奇局建奇业”的必经之路。李鸿章断言中国封建的“文物制度”为“郅治保邦”之本，主张一面遵循儒家传统治略，内修政事，借以缓和阶级矛盾，巩固封建统治秩序；一面借鉴西方资本主义的“物质文明”，主张创办近代军事工业，仿造西洋枪炮，引进“制器之器”，并进而造就掌握先进工程技术的人才。李鸿章主张“学习外国利器”，仿造外洋船炮，创办近代军工企业，实现军队近代化，目的之一是为了缩小中外军事力量对比的差距，抵御外国资本主义的侵略。他声称“机器制造一事，为今日御侮之资、自强之本”。当然，除了“御侮”之外，李鸿章还抱有镇压国内人民、延续清朝寿命的强烈愿望。
1865年，清政府批准了李鸿章筹办军事工业的奏章，于是李鸿章便精心筹划建立起以应用机器为基础的军事工业——江南制造总局和金陵机器局。江南制造总局，又称上海机器局，简称沪局，于公元1865年9月成立。由丁日昌督察筹划，先造枪炮兼造制器之器。1867年该局迁至上海城南高昌庙，建造机器厂、洋枪楼、汽炉厂、木工厂、铸铜铁厂、熟铁厂、轮船厂等，开始制造兵轮。后来，该局于公元1868年—1870年间，陆续设立翻译馆、汽锤厂、枪厂，并在龙华镇建厂制造洋枪弹药及铜帽炮引，使之逐渐成为一个以生产枪炮弹药为主，辅之以修造船舰的综合性新式军用企业。
金陵制造局，简称宁局。公元1865年，李鸿章署理两江总督后，将马格里主持的苏州洋枪炮局迁到南京，在雨花台设厂。此后，逐渐扩充规模，改良设备，到60年代末，该局已能制造多种口径的大炮、炮车、炮弹、枪子和各种军用品。
李鸿章移督直隶初期，就宣称：“中国不亟图强兵经武，徒纷纷遇事张皇，事后苟且粉饰，必至失国而后已，可为寒心。”而“强兵经武”的关键，在于仿造西方船炮。因此，李鸿章特别注意控制和提倡军事工业。作为北洋大臣的李鸿章虽远在天津，但却以此为凭藉，通过自己的旧部和亲信，继续对沪、宁两局进行遥控。津局本属北洋大臣管辖范围，李鸿章认为将其控制在自己手中是“名正言顺”的事。另外他还设法插手福州船政局即闽局。
当然，李鸿章赖以支撑其海陆军建设的军工企业，主要还是沪、宁、津三局。由于李鸿章的精心策划，沪、宁、津三局的基本建设、机器设备和生产情况均有不同程度的改善。沪局在19世纪70—90年代，先后设置了火药厂、枪子厂、炮弹厂、水雷厂和生产熟钢与钢材的炼钢厂。沪局制造轮船的技术也“渐推渐精”。从制造木壳兵轮、铁甲兵轮到制造钢甲兵轮的演进，标志着沪局造船技术的不断提高。事实证明，沪、宁、津三局直接促进了清军武器装备的近代化。
李鸿章除继续经营以“求强”为目的的军工企业外，还开始兴办以“求富”为目的的民用企业。企图通过兴办民用企业，解决军事工业的原料、燃料供应、“调兵运饷”的交通运输困难和“练兵练器”的经费问题。
轮船招商局是洋务活动由军工企业转向民用企业，由官办转向官督商办的第一个企业。公元1872年10月，该局在上海开始筹备，翌年1月正式成立，决定招商集股，并暂借官款以应急需。上海机器织布局，是李鸿章创办的中国第一个棉纺织工厂，该厂为官督商办企业，于公元1890年开车生产，但不幸于1893年失火焚毁，估计损失不下70余万两白银。公元1894年盛宣怀招集商股股资100万两白银，仍就织布局旧址设立华盛纺织总厂，另在上海、宁波、镇江等处分设10厂。
中国的电报、铁路，也是由李鸿章最先倡办的。公元1879年，他深感“电报实为防务必需之物”，因而饬令在大沽北塘海口炮台和天津之间架线试设电报，结果“各营顷刻响应”。次年，他根据盛宣怀的建议、奏请接通天津经镇江至上海的电报线路，并于津沪电报线路敷设期间在天津设电报总局。公元1882年，该局改为官督商办企业，集商股接办贯通苏、浙、闽、粤四省电报，并于1884年竣工，因而电报局遂由津迁沪。此后，电报局继续招商集股架设了津京线、长江线、桂滇线、陕甘线等。
李鸿章倡办铁路经历了坎坷之路，为了兴修铁路，他一面批驳顽固守旧势力的谬论，开导和争取清廷；一面在自己辖区内我行我素，造成既成事实。他支持唐廷枢在开平煤矿修筑唐山至胥各庄铁路以便运煤的主张和实践。唐胥铁路于1880年动工，翌年建成，直到这时，李鸿章才正式奏报清廷，并故意把铁路说成“马路”。1886年，清政府将铁路事宜划归以奕畚首、李鸿章掌握实权的海军衙门办理。是年，开平矿务局在李鸿章的授意下，以“运煤便商”为由，要求修建从胥各庄到阎庄的铁路，并将铁路公司与开平矿务局分开。是年底，李鸿章又与奕劾赐函商，决定由海军衙门奏明修建阎庄到大沽的铁路。1887年，奕圩嘧加煽平铁路公司修建由阎庄至大沽、天津的铁路，开平铁路公司随即公布招股章程，并宣称将开平铁路公司改名为中国铁路公司，翌年津沽铁路告成。
海防问题是近代中国面对资本主义列强的挑战而提出的重要课题。这不再是只涉及东南沿海安全的局部性问题，而是一个关系到国家独立地位和民族发展前途的全局性问题。70年代以后，由于外国列强加紧侵略，迫使清政府不得不把视线转向外交，加紧筹办海防，建立正式海军。
1875年，光绪帝发布上谕，任命李鸿章、沈葆桢二人分别督办北洋、南洋海防事宜，而且决定“先就北洋创设水师一军，俟力渐充，就一划三，”这样，李鸿章及其北洋军在清朝的海防、海军建设中一开始就处于举足轻重和优先发展的地位。
公元1885年10月，清政府成立海军衙门，醇亲王奕圩芾砗＞事，李鸿章为会办，实权掌握在李鸿章手中。公元1888年9月，海军衙门正式奏定《北洋海军章程》，12月，清廷又任命丁汝昌为北洋海军提督，林泰曾为左翼总兵，刘步蟾为右翼总兵。至此，北洋舰队正式建军。此时，北洋舰队拥有以“镇远”号、“定远”号大型铁甲舰为主力的舰只25艘，官兵近4000人，是一支具有相当力量的近代海军。
从公元1880年起，李鸿章先在大沽建造船坞，继而把精力集中到旅顺口和威海卫海军基地建设上。两年后，旅顺船坞竣工，“其规模宏阔，实为中国坞澳之冠”。接着，他又令人在旅顺口修建了口西、口东海岸炮台和陆路炮台。
但可悲的是，慈禧太后为了追求骄奢淫逸的腐朽生活，不顾国家的危亡，将海军经费挪用于修建颐和园。公元1891年，户部因库款紧缺奏请朝廷，令南、北洋海军停购外洋枪炮、舰只两年。而此时，正是日本明治政府完成十年扩军计划头一年。
李鸿章还积极倡导改革科举、兴学育才。早在公元1863年，李鸿章任江苏巡抚时就根据冯桂芬的建议，奏准在上海设立广方言馆，培养精熟西文的翻译人才，重视学习西方自然科学和制造技术。此后，他会同曾国藩、丁日昌在江南制造总局附设翻译馆，翻译西方有关工业制造和与之相关联的实用学科的著作。公元1872年—1875年间，经过容闳等人的奔走呼号，在李鸿章的支持下，120名幼童分批横渡大西洋到达美国，这是中国首批留学生。此后，李鸿章又相继选派了一些官员和留学生赴欧洲学习军事、机器制造和轮船驾驶技术、水师兵法、矿学、化学等文化知识。公元1888年，天津武备学堂教习及学生参加顺天乡试，这是中国历史上首次实行西学和中学同考，将八股取仕的藩篱冲开了一个缺口。
和戎外交 卖国求荣
面对外国列强的侵略和频繁的外交，清廷成立了总理衙门，坐镇天津的直隶总督、北洋大臣李鸿章成了清政府的首席外交顾问，参与外交的决策和执行。
公元1870年6月，天津望海楼天主教学拐卖幼童，遭到老百姓的抗议。法国领事丰大业竟持枪逼通商大臣崇厚镇压示威群众，并向天津知县刘杰开枪。群众忍无可忍，当场击毙丰大业，并火烧望西楼，史称“天津教案”。李鸣章接办天津教案后，积极推行“和戎”外交。将张光藻、刘杰等地方官员革职，判处所谓“凶犯”20名死刑，25名充军、流放，赔偿抚恤银50万两，并派崇厚前往法国道歉。事后李鸿章还公然把这种“弹压士民”、“议门獬ァ币圆┤》ü侵略者欢心的卖国行径吹嘘成“存国体而弭后患”的“持平”之举。
天津教案尚未了结，日本问题又被提上议事日程。李鸿章的对日政策，表面上是利用列强之间争夺中国的矛盾，实施“以夷制夷”的策略，而实质上却是自觉地向一切外国侵略者出卖中华民族利益。
公元1873年，日本借口两年前有一只琉球船遇风暴漂到台湾，船民被台湾高山族所杀，向清政府交涉，并于次年出兵侵占台湾。李鸿章认为台湾全境属中国领土，明确表示反对日军入侵，主张通过加强交涉与防备逼使日军撤退。1874年10月31日，在李鸿章的建议下，清政府与日本政府签订了《北京条约》，该条约规定日军撤出台湾，清政府给银五十万两，承认日本对台湾的侵略行为是“保民义举”。经过日本侵占事件，使李鸿章认识到日本“伺我虚实，诚为中国永远大患”。
70年代末80年代初，中俄关系因伊犁问题日趋恶化。日本便想利用这一矛盾，趁机吞并琉球并攫取在华特权。此时，李鸿章产生了“联俄拒日”的想法，他以新疆为数千里空旷无用之地，不值得“劳师糜饷”为理由，力主放弃新疆，遭到以左宗棠为首的主战派的强烈反对。公元1878年，左宗棠督军西征，解除了西北边疆危机，但崇厚却与俄签订了《里瓦几亚条约》。清政府拒不承认此条约，中俄关系处于剑拔弩张的状态。