李鴻章於天津設立電報總局，架設天津、上海間電線，次年年底通電。

捻軍覆滅後，清廷開復李鴻章迭次降革處分，並賞加太子太保銜，授湖廣總督協辦大學士。 在湖廣總督任上，李鴻章一度奉命入川查辦四川總督吳棠被參案。他和吳棠是在皖辦團練時期的“金石至交”，又深知慈禧對吳“聖眷頗隆”，因此曲意回護，以查無實據結案。會武昌後，於同治九年（1870年）初，奉旨督辦貴州軍務，鎮壓苗民起義。尚未成行，復以甘肅回民起義軍入陝，清廷因左宗棠遠在平涼不及兼顧，又改命援陝。但李鴻章實在不願與左宗棠共事，故一再拖延，直至六月下旬才抵西安。七天后，因天津發生教案，列強軍艦麇集大沽口，奉密諭“酌帶各軍克日起程赴近畿一帶相機駐紮”。匆匆趕赴直隸。
　　後因成功調解天津教案，被任命為直隸總督，旋兼任北洋通商事務大臣。同治十一年（1872年），加授武英殿大學士。自此，李鴻章在直隸總督兼北洋大臣任上秉政達25年，參與了清政府有關內政、外交、經濟、軍事等一系列重大舉措，成為清廷倚作畿疆門戶、恃若長城的股肱重臣。隨著李鴻章地位、權利的上升，他一手創建出的淮軍，陸續被清廷派防直隸、山東、江蘇、廣西、廣東、台灣各地，成為充當國防軍角色的常備軍；而以他為領袖，由淮軍將領、幕僚以及一批志同道合的官僚組成的淮系集團，成為當時實力最強的一個洋務派集團，並在其帶領下，開始了中國早期的洋務——自強——近代化運動。
　　在鎮壓農民起義的過程中，李鴻章不僅建立了一支用西式裝備武裝起來的軍隊，還創辦了一批近代軍事工業。同治二年（1863年），李鴻章雇用英國人馬格里會同直隸州知州劉佐禹，首先在松江創辦了一個洋炮局，此後，又命韓殿甲、丁日昌在上海創辦了兩個洋炮局，合稱“上海炸彈三局”。同治三年（1864年），松江局遷到蘇州，改為蘇州機器局。
　　同治四年（1865年），李鴻章在署理兩江總督任上，鑒於原設三局設備不全，在曾國藩支持下，收購了上海虹口美商旗記鐵廠，與韓殿甲、丁日昌的兩局合併，擴建為江南製造局（今上海江南造船廠）。與此同時，蘇州機器局亦隨李鴻章遷往南京，擴建為金陵機器局（今南京晨光機器廠）。同治九年（1870年），調任直隸總督，接管原由崇厚創辦的天津機器局，並擴大生產規模。於是，中國近代早期的四大軍工企業中，李鴻章一人就創辦了三個（另一個是左宗棠、沈葆楨創辦的福州船政局），已如他自己所言“練兵以制器為先”。爾後，在引進西方設備進行近代化生產的實際操作中，他又進一步得出：“中國欲自強，則莫如學習外國利器。欲學習外國利器，則莫如覓制器之器，師其法而不必盡用其人。欲覓制器之器與制器之人，則或專設一科取士，士終身懸以為富貴功名之鵠，則業可成，藝可精，而才亦可集”，反映出其認識的深化。
　　19世紀70年代出任直隸總督後，責任愈巨，視野愈闊，綜觀世界各國的發展，李鴻章痛感中國之積弱不振，原因在於“患貧”，得出“富強相因”，“必先富而後能強”的認識，將洋務運動的重點轉向“求富”。
　　同治十一年（1872年）底，他首創中國近代最大的民用企業——輪船招商局。現任朱其昂為總辦，後以唐廷樞為總辦，徐潤、朱其昂、盛宣懷為會辦。由此奠定了“官督商辦”政策的基調。其後，在整個七八十年代，李鴻章先後創辦了河北磁州煤鐵礦（1875年）、江西興國煤礦（1876年）、湖北廣濟煤礦（1876年）、開平礦務局（1877年）、上海機器織布局（1878年）、山東嶧縣煤礦（1880年）、天津電報總局（1880年）、唐胥鐵路（1881年）、上海電報總局（1884年）、津沽鐵路（1887年）、漠河金礦（1887年）、熱河四道溝銅礦及三山鉛銀礦（1887年）、上海華盛紡織總廠（1894年）等一系列民用企業，涉及礦業、鐵路、紡織、電信等各行各業。在經營方針上，也逐漸由官督商辦轉向官商合辦，從客觀上促進了近代資本主義在中國的發展。