李鴻章為防赫德藉機刁難上海縣，在唐國華等三人被釋放的當天，便給朝廷上了《置辦外國鐵廠機器折》和《唐國華贖罪片》。折、片內容與上章所述大體相同。
摺子一共談了三點就地購買鐵廠的好處：一、設立鐵廠能製造各種短炸炮和炸彈；二、到外洋去購買，不僅路遠價重，能否使用也無把握；三、就地購買方便查驗，添增部件自如。
摺子之後，又附《唐國華贖罪片》，講述的則是唐國華等人聯手買鐵廠的經過。
幾天後，李鴻章將丁日昌督辦的上海製造局、韓殿甲督辦的槍械所全部併入鐵廠；又經曾國藩同意，將曾國藩創辦的安慶槍械所也併入該廠。廠名經李鴻章建議，曾國藩同意，正式定名為江南製造總局。
李鴻章委江海關道丁日昌為江南製造總局督辦，總兵銜韓殿甲為會辦。容閎從美國回來後，韓殿甲被調赴軍營，容閎繼任會辦。該局聘洋技師近百人，中國匠師三百餘人，做工者竟達五千餘人，除製造槍炮、水雷、彈藥、機器外，還修、造輪船等，是當時大清國規模最大、佔地最廣、實力最強的軍工製造企業。
同治四年（公元1865年）五月，李鴻章的命運隨著形勢的改變而再一次被改變。一直征剿捻軍頗為得力的蒙古鐵騎在山東曹州遭到伏擊，馬隊三千無一倖存，統帥僧格林沁王爺戰死。
隨著蒙古鐵騎的覆沒，捻軍隨即在直隸、山東、河南一帶蔓延開來，聲勢越來越大，幾成太平天國第二。
捻軍是太平天國後期由捻黨轉化而來的北方重要的農民義軍，百姓習慣稱其為捻子。最初的首領是張樂行和龔得樹，後推張樂行為首領，號稱「大漢盟主」，張樂行自封大漢明命王，建立五旗軍制，擁兵十萬，聲勢浩大。同治二年（公元1863年），以僧格林沁為首的剿捻官軍與捻軍戰於雉河集，捻軍大敗，張樂行被捕後被處死，捻軍余部奔向別處。同治三年（公元1864年），天京被官軍克複，太平天國遵王賴文光率部分太平軍逃出天京，不久與捻軍張宗禹、任化邦部會在一處，推賴文光為首領，重整捻軍旗號，並逐步易步為騎，很快又發展成擁有十萬餘騎的馬隊，與清軍周旋，聲勢再度造得老大。
五月底，上授協辦大學士一等毅勇侯兩江總督曾國藩為欽差大臣，馳赴山東督剿。聖旨同時下到蘇州江蘇巡撫衙門。
旨曰：「即著江蘇巡撫一等肅毅伯李鴻章先行賞加兵部尚書銜，馳赴金陵，署理兩江總督。江蘇巡撫暫著劉郇膏署理。」
聖旨最後特彆強調指出：「任大責重，李鴻章務須悉心經理，仍隨時與曾國藩妥商。曾國藩軍營調兵集餉各事宜，該撫併當妥為籌劃，不得稍有遲誤。」
李鴻章先把蘇州的事安排了一下，把眷屬從巡撫衙門裡暫時遷出，又與署撫劉郇膏辦了一下交接，便急忙趕到上海。他最放心不下的便是江南製造總局。紅光滿面的丁日昌率容閎等一應人眾在碼頭恭候著他。
到了製造局的轅門外落轎，李鴻章顧不得歇息，便讓丁日昌、容閎等人陪著先到各機房走了走，又到成品房看了看造出的機器、槍炮的質量。在成品房裡，李鴻章用手撫摸著一門開花大炮，對丁日昌深情地說道：「丁道啊，本部堂離開後，製造局難免會遇到一些問題，但無論遇到什麼問題，你都要咬牙辦下去，萬不能停工。這是我大清圖強必走之路，萬萬不可半途而廢呀！」
丁日昌答道：「大人放寬心，職道已抱定主意，不管製造局遇到何種刁難，只要職道一息尚存，就算拼了性命，也要把它辦下去！」
容閎也道：「大人，丁大人確實是個盡職盡責的人。他每日總是第一個來辦事房，飯前又總是把我們幾個召到一起，商量一天要辦的事。真是兢兢業業，一絲不苟。」
李鴻章笑道：「丁道能如此辦事，何只製造局的幸事，也是兩江幸事，國家幸事！」李鴻章這一席話，直把個丁日昌說得滿心歡喜，連稱謬獎。
飯後，李鴻章稍稍歇息了一下，便又乘轎來到廣方言館看了一遭兒。回到通商衙門後，各國駐上海領事館的領事帶著隨員趕了過來，為他升署總督一事道喜。李鴻章與各國領事正談話間，總稅務司赫德又帶著一班人眾，風風火火地跑了過來，連稱：「討杯喜酒喝。」
當晚，李鴻章在通商衙門擺下酒席，宴請各國領事以及赫德等人，丁日昌、容閎等一班屬官作陪。席間，李鴻章小聲向赫德透露：「巡撫衙門已將他保舉為三品按察使銜，不日聖旨即可來到。」
赫德一聽這話，登時喜得眉飛色舞，愈發地大呼小叫。
其實，李鴻章保舉赫德為三品按察使銜，無非是遵總理衙門之命而已，李鴻章不過是做了個順水人情。何況，總稅務司原本就是三品的頂子，由地方巡撫衙門奏請，不過是大清國的官樣文章，沒什麼特別。
待了三天後，李鴻章乘船趕往金陵接印視事。
曾國藩則在李鴻章到後第三天便起程趕赴山東剿捻前線。
此時的湘軍已被裁去十之七八，只留長江水師三千與兩萬人的陸軍四十營分駐在各地。曾國藩此次剿捻，主要依賴李鴻章的六萬淮勇和山東、河南等省的撫標軍，朝廷另調三万旗營歸他使用。這也是朝廷緣何著李鴻章署理督篆①，而不讓安徽巡撫喬松年、江西巡撫沈葆楨護理總督關防的原因。
李鴻章手握重兵，朝廷不得不對他另眼相看。
但曾國藩此次剿捻並不順利。
曾國藩到山東後，經過實地勘察，針對捻軍馬上作戰、流動性大的特點，也很快組建了一支五千人的馬隊，朝廷又從關外將黑龍江馬隊與吉林馬隊調給曾國藩，兩部合一，也不過七千人，根本無法與捻軍交戰。經過反覆思慮，曾國藩決定採用以靜制動，以不變應萬變的策略，在臨淮、濟寧、周家口、徐州等捻軍活動較頻繁之區域駐兵設防，又行文沿途各衙門，修築圩寨，實行堅壁清野，逼迫捻軍與之交戰。
曾國藩的這項計畫行文容易，實行起來卻千難萬難，這既需要各路將領有持久的耐力，又需要有充足的餉糧供應，還要有各省地方衙門的大力配合。
同治五年（公元1866年）夏，曾國藩再次調整策略，主張東以運河，西以沙河、賈魯河，南以淮河為防線，北自朱仙鎮至汴梁和黃河南岸挖濠設防，以圍困捻軍，達到剿滅的目的。
捻軍的活動範圍越來越小，曾國藩統兵年余，眼看大功即將告成。這期間，署兩江總督李鴻章，一面為曾國藩的剿捻官軍籌餉籌糧，運送彈藥，一面為籌建金陵製造局的事日夜奔忙，不得一刻安閑。
李鴻章上任伊始便已立下主意，維護督署現有規制，不予改變，力爭署期內，在金陵也辦上一兩個實業，藉機推動一下大清國實業強國的進程。
這期間，江海關道江南機器製造總局督辦丁日昌，經署督李鴻章保舉，賞加三品頂戴實授兩淮鹽運使，王大經被實授蘇松太道，容閎也經李鴻章保舉，被賞加四品道員銜實授江南機器製造總局總辦。
丁日昌、王大經、容閎等人，無不對李鴻章感恩戴德，這些昔日名不見經傳的小胥吏①，如今都進入司道大員行列，成了響噹噹的人物，著實羨煞人。
李鴻章著人將蘇州眷屬接到金陵的兩江總督衙門。老太太到金陵不久，眼見聲名日隆的李鴻章膝下無繼，便自作主張，將昭慶之子經方過繼給李鴻章做養子。
李鴻章初任江蘇巡撫時，曾任命英國人馬格里在松江設立彈藥廠，後巡撫衙門遷於蘇州，他亦將此廠遷過來，更名為蘇州洋炮局，但規模一直不大。接署兩江總督後，看到金陵雨花台一帶地域廣闊，適合建廠，便多方籌措資金，在這裡蓋起老大一座廠房。他先將蘇州洋炮局遷到這裡，又通過容閎從美國人手裡購買了一些設備，這才將廠子正式命名為金陵機器製造局，並上奏朝廷著戶部一體備案。
金陵機器製造局的體制與江南製造總局大體相同。
金陵機器製造局辦出頭緒後，李鴻章又著手籌設金陵織造局。這後一件事，卻不知比前一件事難辦上多少倍。
當時的大清國，所用布匹均系手工製成，先要將棉花或繭子紡成絲線，然後再上土機，由人工織成。
通關以後洋布行銷於市，但製造工藝卻掌握在外國人手裡。
大清百姓只知洋布紋路細膩、厚薄均勻，卻不知是如何織出來的。李鴻章也是在江南機器製造總局成立以後，從容閎、唐國華等人的口中知道的實情。
李鴻章決意把織布的這種機器引進來，辦成一座工廠，打破洋商壟斷洋布的局面。何況江南的繭業最為發達，將廠子建在金陵，收購棉花、繭絲，不僅免去許多轉運花費，而且還可隨用隨購，用不著大量囤積。但李鴻章的這件事只辦到一半兒，剛尋到一塊合適的地皮，採購機器的人也剛剛起程去美國，事情便被突發事變中斷了。
這突發事變來自剿捻前線。緣由曾國藩築在開封南面蘆花崗的堤牆，一夜間被捻軍衝破