李鸿章为防赫德借机刁难上海县，在唐国华等三人被释放的当天，便给朝廷上了《置办外国铁厂机器折》和《唐国华赎罪片》。折、片内容与上章所述大体相同。
折子一共谈了三点就地购买铁厂的好处：一、设立铁厂能制造各种短炸炮和炸弹；二、到外洋去购买，不仅路远价重，能否使用也无把握；三、就地购买方便查验，添增部件自如。
折子之后，又附《唐国华赎罪片》，讲述的则是唐国华等人联手买铁厂的经过。
几天后，李鸿章将丁日昌督办的上海制造局、韩殿甲督办的枪械所全部并入铁厂；又经曾国藩同意，将曾国藩创办的安庆枪械所也并入该厂。厂名经李鸿章建议，曾国藩同意，正式定名为江南制造总局。
李鸿章委江海关道丁日昌为江南制造总局督办，总兵衔韩殿甲为会办。容闳从美国回来后，韩殿甲被调赴军营，容闳继任会办。该局聘洋技师近百人，中国匠师三百余人，做工者竟达五千余人，除制造枪炮、水雷、弹药、机器外，还修、造轮船等，是当时大清国规模最大、占地最广、实力最强的军工制造企业。
同治四年（公元1865年）五月，李鸿章的命运随着形势的改变而再一次被改变。一直征剿捻军颇为得力的蒙古铁骑在山东曹州遭到伏击，马队三千无一幸存，统帅僧格林沁王爷战死。
随着蒙古铁骑的覆没，捻军随即在直隶、山东、河南一带蔓延开来，声势越来越大，几成太平天国第二。
捻军是太平天国后期由捻党转化而来的北方重要的农民义军，百姓习惯称其为捻子。最初的首领是张乐行和龚得树，后推张乐行为首领，号称“大汉盟主”，张乐行自封大汉明命王，建立五旗军制，拥兵十万，声势浩大。同治二年（公元1863年），以僧格林沁为首的剿捻官军与捻军战于雉河集，捻军大败，张乐行被捕后被处死，捻军余部奔向别处。同治三年（公元1864年），天京被官军克复，太平天国遵王赖文光率部分太平军逃出天京，不久与捻军张宗禹、任化邦部会在一处，推赖文光为首领，重整捻军旗号，并逐步易步为骑，很快又发展成拥有十万余骑的马队，与清军周旋，声势再度造得老大。
五月底，上授协办大学士一等毅勇侯两江总督曾国藩为钦差大臣，驰赴山东督剿。圣旨同时下到苏州江苏巡抚衙门。
旨曰：“即着江苏巡抚一等肃毅伯李鸿章先行赏加兵部尚书衔，驰赴金陵，署理两江总督。江苏巡抚暂着刘郇膏署理。”
圣旨最后特别强调指出：“任大责重，李鸿章务须悉心经理，仍随时与曾国藩妥商。曾国藩军营调兵集饷各事宜，该抚并当妥为筹划，不得稍有迟误。”
李鸿章先把苏州的事安排了一下，把眷属从巡抚衙门里暂时迁出，又与署抚刘郇膏办了一下交接，便急忙赶到上海。他最放心不下的便是江南制造总局。红光满面的丁日昌率容闳等一应人众在码头恭候着他。
到了制造局的辕门外落轿，李鸿章顾不得歇息，便让丁日昌、容闳等人陪着先到各机房走了走，又到成品房看了看造出的机器、枪炮的质量。在成品房里，李鸿章用手抚摸着一门开花大炮，对丁日昌深情地说道：“丁道啊，本部堂离开后，制造局难免会遇到一些问题，但无论遇到什么问题，你都要咬牙办下去，万不能停工。这是我大清图强必走之路，万万不可半途而废呀！”
丁日昌答道：“大人放宽心，职道已抱定主意，不管制造局遇到何种刁难，只要职道一息尚存，就算拼了性命，也要把它办下去！”
容闳也道：“大人，丁大人确实是个尽职尽责的人。他每日总是第一个来办事房，饭前又总是把我们几个召到一起，商量一天要办的事。真是兢兢业业，一丝不苟。”
李鸿章笑道：“丁道能如此办事，何只制造局的幸事，也是两江幸事，国家幸事！”李鸿章这一席话，直把个丁日昌说得满心欢喜，连称谬奖。
饭后，李鸿章稍稍歇息了一下，便又乘轿来到广方言馆看了一遭儿。回到通商衙门后，各国驻上海领事馆的领事带着随员赶了过来，为他升署总督一事道喜。李鸿章与各国领事正谈话间，总税务司赫德又带着一班人众，风风火火地跑了过来，连称：“讨杯喜酒喝。”
当晚，李鸿章在通商衙门摆下酒席，宴请各国领事以及赫德等人，丁日昌、容闳等一班属官作陪。席间，李鸿章小声向赫德透露：“巡抚衙门已将他保举为三品按察使衔，不日圣旨即可来到。”
赫德一听这话，登时喜得眉飞色舞，愈发地大呼小叫。
其实，李鸿章保举赫德为三品按察使衔，无非是遵总理衙门之命而已，李鸿章不过是做了个顺水人情。何况，总税务司原本就是三品的顶子，由地方巡抚衙门奏请，不过是大清国的官样文章，没什么特别。
待了三天后，李鸿章乘船赶往金陵接印视事。
曾国藩则在李鸿章到后第三天便起程赶赴山东剿捻前线。
此时的湘军已被裁去十之七八，只留长江水师三千与两万人的陆军四十营分驻在各地。曾国藩此次剿捻，主要依赖李鸿章的六万淮勇和山东、河南等省的抚标军，朝廷另调三万旗营归他使用。这也是朝廷缘何着李鸿章署理督篆①，而不让安徽巡抚乔松年、江西巡抚沈葆桢护理总督关防的原因。
李鸿章手握重兵，朝廷不得不对他另眼相看。
但曾国藩此次剿捻并不顺利。
曾国藩到山东后，经过实地勘察，针对捻军马上作战、流动性大的特点，也很快组建了一支五千人的马队，朝廷又从关外将黑龙江马队与吉林马队调给曾国藩，两部合一，也不过七千人，根本无法与捻军交战。经过反复思虑，曾国藩决定采用以静制动，以不变应万变的策略，在临淮、济宁、周家口、徐州等捻军活动较频繁之区域驻兵设防，又行文沿途各衙门，修筑圩寨，实行坚壁清野，逼迫捻军与之交战。
曾国藩的这项计划行文容易，实行起来却千难万难，这既需要各路将领有持久的耐力，又需要有充足的饷粮供应，还要有各省地方衙门的大力配合。
同治五年（公元1866年）夏，曾国藩再次调整策略，主张东以运河，西以沙河、贾鲁河，南以淮河为防线，北自朱仙镇至汴梁和黄河南岸挖濠设防，以围困捻军，达到剿灭的目的。
捻军的活动范围越来越小，曾国藩统兵年余，眼看大功即将告成。这期间，署两江总督李鸿章，一面为曾国藩的剿捻官军筹饷筹粮，运送弹药，一面为筹建金陵制造局的事日夜奔忙，不得一刻安闲。
李鸿章上任伊始便已立下主意，维护督署现有规制，不予改变，力争署期内，在金陵也办上一两个实业，借机推动一下大清国实业强国的进程。
这期间，江海关道江南机器制造总局督办丁日昌，经署督李鸿章保举，赏加三品顶戴实授两淮盐运使，王大经被实授苏松太道，容闳也经李鸿章保举，被赏加四品道员衔实授江南机器制造总局总办。
丁日昌、王大经、容闳等人，无不对李鸿章感恩戴德，这些昔日名不见经传的小胥吏①，如今都进入司道大员行列，成了响当当的人物，着实羡煞人。
李鸿章着人将苏州眷属接到金陵的两江总督衙门。老太太到金陵不久，眼见声名日隆的李鸿章膝下无继，便自作主张，将昭庆之子经方过继给李鸿章做养子。
李鸿章初任江苏巡抚时，曾任命英国人马格里在松江设立弹药厂，后巡抚衙门迁于苏州，他亦将此厂迁过来，更名为苏州洋炮局，但规模一直不大。接署两江总督后，看到金陵雨花台一带地域广阔，适合建厂，便多方筹措资金，在这里盖起老大一座厂房。他先将苏州洋炮局迁到这里，又通过容闳从美国人手里购买了一些设备，这才将厂子正式命名为金陵机器制造局，并上奏朝廷着户部一体备案。
金陵机器制造局的体制与江南制造总局大体相同。
金陵机器制造局办出头绪后，李鸿章又着手筹设金陵织造局。这后一件事，却不知比前一件事难办上多少倍。
当时的大清国，所用布匹均系手工制成，先要将棉花或茧子纺成丝线，然后再上土机，由人工织成。
通关以后洋布行销于市，但制造工艺却掌握在外国人手里。
大清百姓只知洋布纹路细腻、厚薄均匀，却不知是如何织出来的。李鸿章也是在江南机器制造总局成立以后，从容闳、唐国华等人的口中知道的实情。
李鸿章决意把织布的这种机器引进来，办成一座工厂，打破洋商垄断洋布的局面。何况江南的茧业最为发达，将厂子建在金陵，收购棉花、茧丝，不仅免去许多转运花费，而且还可随用随购，用不着大量囤积。但李鸿章的这件事只办到一半儿，刚寻到一块合适的地皮，采购机器的人也刚刚起程去美国，事情便被突发事变中断了。
这突发事变来自剿捻前线。缘由曾国藩筑在开封南面芦花岗的堤墙，一夜间被捻军冲破，官军伤亡大半，曾国藩苦心经营的河防计划宣告失败。曾国藩心力交瘁，不得不上折请求开缺本兼各职并恳请注销侯爵，请求朝廷另委能员督办剿捻一事。朝廷于是着曾国藩仍回两江总督本任，钦命李鸿章为钦差大臣，速赴山东督办剿捻各事。
李鸿章喟然长叹，不得不遣人将眷属先行送回合肥老宅，只身再次踏上了征程。时间是同治五年（公元1866年）九月，李鸿章四十三岁。
眷属临行前，夫人赵莲考虑到李鸿章在军次而自己又不便随营照料，便自己做主，将从娘家带过来的丫环冬梅立为侧室。赵莲让冬梅跟在李鸿章身边，随时照料、伺候，以替自己尽妇人之道。
李鸿章将钦差大臣行营驻扎在徐州城外，各路统兵大员陆续来到这里，漕运总督吴棠也从任所匆匆赶来禀见钦差。
时间已近年底，各地衙门即将封印过年。