同治时期，曾国藩、李鸿章、左宗棠等在上海、南京、福州相继办起了近代军工厂，多聘请洋员充当技术指导。这就是所谓的“洋务运动”，它包括举办新式军用工业，编练新式军队，加强国防建设，培养洋务人才和派人出国留学等，其宗旨是“求强”与“求富”。奕强调学习“西学”，制造“西器”。他认为，“采西学”、“制洋器”早在清初康熙大帝时就进行过了，如今再搞是发扬光大祖制和传统。 同治三年，清政府才开办大型兵工厂，计有江南制造局、金陵制造局、福州船政局、天津机器局、西安机器局等20余个。而规模大、有典型性的为江南、金陵、福州、天津、汉阳等几个兵工厂。
江南制造总局是由曾国藩规划，后由李鸿章实际负责的一个规模最大的军事工业。同治四年（1865年），李鸿章委托海关道员丁日昌买下设立在虹口的美商旗记铁工厂，把上海、苏州两个洋炮局搬至上海，成立了大型军事工业制造局。同治六年，曾国藩主张在该厂制造轮船，又在上海海关拨出两成关税，为造船经费之用。此后，工厂逐年扩充，计有洋枪厂、洋炮厂、炮弹厂、火药厂、轮船厂、炼钢厂、子弹厂、水雷厂，并设有学校和翻译馆，其规模较为宏大。同治七年，造船厂造出了第一艘轮船，取名“惠吉”，至中法战争前共制出15艘军舰，最大者为2800吨，小者只有数百吨。
培养洋务人才：开办外国语学校、实业学堂、近代军事学校等。同治朝新式学校最早者是京师同文馆。从京师八旗子弟中选出10名学生，教员则由英国教士包尔腾担任。同文馆除了聘请洋人教授外语，还请徐树琳教授儒家经典。同治朝开设的新式学校，还有江南制造局附设的机械学堂、福州船政局附设的船政学堂等。福州船政学堂又称“求是堂艺局”，是同治五年(1866年)由左宗棠主持福州船政局时附设。这所学校是近代较早开设的一所以学习自然科学为主的新式学校，同时又有军事学校的性质，以培养海军和造船人才为目的之一。
派留学生出国：同治十一年（1872年），首批30名“幼童”奔赴美国留学，史称“幼童出洋”。同治年间留学之风兴起，与容闳（hóng）分不开。容闳（1828～1912年），广东香山（今中山）人，道光二十一年（1841年）入澳门马礼逊教会学堂读书，家长想让他学成后做买办。后该校教员、美囩人布朗回美国时，容闳随他去了美国，成为近代早期留学生之一。容闳提出并把他们分别安排在美国平民家庭中生活。美国的教师、医生、绅士们纷纷把中国幼童领到自己家中，每个家庭对幼童都关怀备至，为他们提供较好的吃住条件，关心他们的学习和生活。他们成为中西文化交流的桥梁。 但是，清政府派往美国监督留学的官员陈兰彬等，以留学生学运动、学跳舞，不穿长袍马褂而穿西服，不行跪拜礼而行握手礼，甚至于有的学生剪了辫子等，认为“他们纵能学成归国，非特无益于国家，亦且有害于社会”，向清廷建议将留美学生撤回。他们在美国虽未完成计划的学业，但都受到西方的教育。这些留学归国的青年，后来逐步成为中国政界、军界、学界、工商界等方面的知名人物和科技骨干，为中国近代建设做出了贡献。据不完全统计：从事行政和外交者24人，其中成为领事、代办者12人，外交次长、公使2人，成为总长者1人，内阁总理1人；加入海军者20人，其中成为海军将领者14人；从事教育者5人，其中成为大学校长者2人；从事实业者30人，其中成为工矿负责人者9人、工程师6人、铁路局长3人等。
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