李鴻章接受李經述的建議，把琉球國改製成琉球郡，歸屬台灣管轄，從此，琉球就成了台灣的一個行政特區。李鴻章對「長崎事件」的處理結果也非常滿意，拿出前些天的《申報》給李經述看，《申報》刊發報道稱這「長崎事件」是中日外交史上的一次重大勝利，大長中國人的志氣。
李經述並沒有驕傲自滿，而是憂心忡忡對李鴻章說：「這次日本妥協，孩兒更加認識到了海防的重要性，唯有堅船利炮，才能讓日本人低頭。為此，我有一些具體的建議，完善中國的海陸防禦體系，恐怕這要花費數百萬兩白銀，還請家父奏請朝廷，務必大力支持。」
李鴻章點點頭，說：「咸豐年間，英法聯軍從天津港長驅直入京師，醇親王對此舊事心有餘悸，現在他也很重視海防建設，你不妨先擬定整個海防的計畫書，為父請示醇親王，有了他的支持，很多事會好辦得多。」
於是，李經述和琅威理、馬吉芬、林泰曾、劉步蟾、鄧世昌等人商議了三天三夜，理出了一整套構築中國「海上長城」的計畫，建議從德國購買二十門克虜伯重炮，安裝在大沽和北塘的炮台，同時在天津修建船塢、軍械庫和炮廠，在入海口布設水雷，安排「蚊子船」巡航，同時，奏請朝廷復建旅順海防，在旅順修築炮台十座，在山東半島建設威海衛軍港。這樣，北洋水師構建起以巡洋艦、「蚊子船」、魚雷艇、運輸船和陸地炮台、威海衛軍港為基礎的立體海防網路，以大沽港、旅順港、威海衛形成鐵三角，構築起一道拱衛京城的海上鋼鐵長城，醇親王看了大喜，全部照準。
李經述還將北洋水師學堂的學制改為五年，主要學輪船駕駛和輪機管理、輪船維護等內容，以及槍炮操演、魚雷、機械儀器使用等，給北洋水師培養備用的海軍人才，招生規模海軍軍官每期擴大到一千人。
不久，李鴻章從英國訂購的另外兩艘鐵甲艦也到了天津，李經述參考了英國海軍少校琅威理提供的《英國海軍章程》，結合北洋水師的巡航實際，頒布施行《北洋水師章程》，從船制、戰船、守船、練船、運艙等制度建設入手，保證北洋水師的戰鬥力，還規定凡北洋軍校的學生，在堂學習二年期滿，必須上船實踐學習三年，以強化學員的實踐操作能力。
李鴻章對李經述的能力非常滿意，還將天津機器製造局也交給李經述管理。李經述便把天津機器局的日常管理工作交給了譚嗣同。他那天到天津機器製造局清查家底，竟然發現中國在潛艇設計方面，很有基礎，早在1880年就製造了中國近代史上第一艘潛水艇，並試航成功，開創了中國人製造潛艇的先河。
李經述到了天津機器製造局，也就是在天津城東賈家沽道，只見這裡巨棟層樓，廣場列廳，迤麗相屬，參錯相望。東則帆檣沓來，水柵啟閉；西則輪車轉運，鐵轍縱橫，城堞炮台之制，井渠屋舍之觀，與天津郡城遙相對峙，隱然海疆的一重鎮。
李經述了解到，天津機器製造局是洋務運動最早興辦的四大近代軍工國企之一，從德國、英國引進機器設備，聘用外國技術人員，生產規模相當龐大，門類齊全，技術水平較高，在生產過程中培養和訓練了一批本國技術員工。工廠需要大量的煤、鐵等原材料，開始主要依賴進口，要花費很多白銀，後來，李鴻章興辦了開平煤礦，解決了這一需求。
李鴻章上任直隸總督後，還新購進三套洋葯碾，新建三所碾藥廠，對原有淋硝、磨磺、燒炭等製造問也增添了設備，黑色火藥日產提高到900餘公斤。這一時期，還興建了鑄鐵、熟鐵、鋸木等廠和新機器房。
1876年，天津機器製造局還設立了電氣水雷局，製造海防需要的各種水雷，並培養使用水雷的技術人員。到1877年，產品有：黑色火藥、餅葯、銅帽、林明敦槍、槍彈、前膛炮彈、後膛鍍鉛來福炮彈、各式拉火、各式水雷。還生產鏘水，軋制銅片和製造機器。1881年，天津機器局開始仿製棉葯，經過兩年時間，仿製成功。
李經述接管天津機器製造局後，還從英國葛來可力夫工廠購進鑄鋼機一套，並從格林活廠購進水壓機、10噸起重機和車床等設備，籌建鍊鋼廠，將在美國的天龍武器公司的生產線搬到了天津。
李經述在天津機器製造局發現了中國的第一艘潛水艇後，心裡大為高興，有了建立中國人自己的潛艇部隊的打算，這將作為北洋水師的一項重大海防戰略。因為李經述明白潛艇將來會在現代海戰中發揮重要作用，而且對付英國、法國那樣的海軍強國，潛艇可以起到四兩撥千金的作用，出奇制勝。
李經述察看了這艘天津機器局製成的潛艇，式如橄欖，駛行水底，上有水標及吸氣機，可於水底暗送水雷，從外觀、構造，到件能、功能，無不反映出近代潛艇的特徵和性質，而且這艘潛艇下水試行時「靈捷異常，頗為合用」，於是大喜，讓席慕蘭在美國重金招聘最優秀的潛艇設計師。
沒想到，世界上最優秀的潛艇總設計師、「現代潛艇之父」約翰·霍蘭竟然來天龍武器公司應聘了！當時，各國政府對科學家還沒有今天這麼重視，科學家或其他人才的國際流動很大，服務哪個政府也很自由，這些科學奇才都最為看重的是誰有錢資助他們把想法變成現實，信奉為僱主服務，誰資助他們，他們就為誰工作。
霍蘭原本是愛爾蘭人，1841年出生在利斯凱納小鎮，父親曾是英國海岸警衛隊的一名僱員，所以霍蘭從小就對戰艦充滿好奇。但中學尚未畢業時，他的父親不幸病故，年輕的霍蘭被迫結束學業，到一所學校擔任理科教員，他一邊工作，一邊設計潛艇。1873年，三十二歲的霍蘭辭去教員工作，帶著他的潛艇設計圖紙到美國尋找機會。1875年，霍蘭將建造新型潛艇的計畫送交美國海軍部。但美國海軍對支付5萬美金建造的一艘名為「智慧之鯨」的小型手操潛艇的沉沒仍然心有餘悸。斷然拒絕霍蘭的計畫。
遭到拒絕的霍蘭得到流亡美國的由愛爾蘭一些革命者組成的「芬尼亞社」的資助。在「芬尼亞社」的支持下，經過3年時間的努力，霍蘭在1878年將自己設計的第一艘潛艇送下水，該潛艇被命名為「霍蘭－1」號，是一艘單人駕駛潛艇。艇長5米，裝有1台汽油內燃機，能以每小時3.5海里的速度航行，但悲劇的是，這艘潛艇一潛入水下，內燃機的空氣用完了，發動機停止了工作。
白燒了一大筆錢，潛艇卻沒了，芬尼亞社開始對霍蘭大為不滿，對他的潛艇研製提出具體要求：所建造的潛艇，大到足以能有效地進行作戰，小到使其能夠塞進特製的商船船艙。這種商船要求可以裝成民船的模樣橫渡大西洋。
1881年，霍蘭建造成功他的第二艘潛艇，命名為「霍蘭－2」號，該艇長約10米，排水量19噸，裝有一台11千瓦的內燃機。這艘潛艇安裝了升降舵，解決了縱向穩定性問題。同時，他還在艇上安裝一門加農炮，使得潛艇既能在水下發射魚雷，又能在水面進行炮戰。
但這艘潛水艇排水量太少，火力也不行，「芬尼亞社」的一些成員對霍蘭的試驗喪失信心，並在一天黑夜將「霍蘭－2」號以及建造中的第三艘潛艇偷偷地運走了。霍蘭痛心疾首，與「芬尼亞社」分道揚鑣，暫時停下潛艇的研究而到一家汽槍公司擔任描圖員。不過霍蘭沒有放棄他設計潛艇的夢想，不久，在朋友們的大力支持下，他興辦了「肛魚潛艇公司」，與炮兵上尉扎林斯基合作，建造了他的第四艘潛艇「扎林斯基」號。但很遺憾，失敗的厄運還沒有放過努力的霍蘭。1886年，「扎林斯基」號建成下水，滑道倒塌，全艇被毀，沉入了茫茫的大海。霍蘭的公司破產，朋友們也離他而去，他陷入了絕望。
這時，席幕蘭在美國《紐約時報》刊登了招聘信息，年薪五萬美元找潛艇設計師，霍蘭從絕望中抓住了這救命的稻草，連忙帶著自己的潛艇圖紙去應聘，帶著妻子和女兒漂洋過海來到了天津，為北洋水師設計潛艇。
李經述見了霍蘭，也大為高興，要錢給錢，要人給人，專門給霍蘭成立了潛艇設計團隊，一起解決那些潛艇史上阻礙潛艇發展的問題，反覆研究並數易方案。
更讓霍蘭感動的是，李經述十分體諒霍蘭以前的失敗，親口對霍蘭說：「我們中國要研發世界一流的潛艇。你儘管試驗，一切失敗的責任都由我們來承擔。」
在研發團隊的努力下，霍蘭終於建成「潛龍號」一代潛艇，該潛艇長15米，裝有45馬力的發動機，海面航速可達每小時7海里，續航力為600海里。在水下潛航時，航速可達每小時5海里，續航力50海里，共可乘5名艇員。武器為一具艇首魚雷發射管，可發射3枚魚雷，前後各一門火炮，火炮瞄準靠操縱潛艇艇體對準目標。
李經述還在北洋水師學堂裡面增開了潛艇專業，讓霍蘭授課，培養中國的潛艇人才，中國的海防力量更加強大了！！