同治四年（1865年）六月，曾国藩、李鸿章在安庆内军械所和上海、苏州洋炮局的物力、人力和技术经验的基础上，收买了美国人在上海虹口地区创办的旗记铁厂一座，又将容闳从美国购买的“制器之器”一并归入，正式成立“江南机器制造总局”，简称“江南制造局”、“上海制造局”、“沪局”。该局由原旗记工厂主科尔任制造技术指导，其一切事宜最初由上海海关道日昌督察筹划，后又任命湖北补用道沈保靖督办。创办经费约用银二十余万两。同治六年（1867年）江南制造局因厂地狭窄，由虹口移至上海城南高昌庙镇，进行扩建，到光绪十九年（1893年），共建成工厂15个，增设方言馆、炮队营、工程处、翻译馆各一个及各种附设机构十多个。建置经费先后用银200万两。江南制造局从事军火生产、轮船修造、机器制造、科技书籍的翻译和培养外语人才。所制造的枪炮、弹药，供应南北驻军，“遍及全国，共达七八十个单位”（主要是湘、淮军）。同治四年（1865年），李鸿章将由马格里主办的苏州洋炮局移设南京雨花台，扩建为金陵制造局，简称“宁局”，主要生产枪、炮、子弹和军用物资。到80年代上半期，已有工厂十余座，用银约五十余万两，所造之枪炮弹药主要供应南北洋驻军。同治五年（1866年），左宗棠在福州创办船政局，后由沈葆桢接办。船政局由铁厂、船厂和学堂三部分组成。初由法国人日意格和德克碑任正副监督，雇用工人1700至2000人。原计划五年内造船16艘，创办经费约40余万两银，每月造船经费53两银。同治八年（1869年）开始生产，到同治十三年（1874年）共造船15艘，这时船政局共有工厂16座，船台3座，先后用银达135万两。光绪元年（1875年）船政局由艺局学生主持接办，开始仿造旧式木船。从光绪二年（1876年）起，造七百五十匹马力的新式机器铁胁轮船，光绪七年（1881年）为南洋水师造三艘2400匹马力、排水量为2200吨的巡洋快船。同治六年（1867年），恭辛王奕奏准，由三口通商大臣崇厚在天津办“天津军火机器局”，同治九年（1870年）由直隶总督李鸿章接办，改称天津机器制造局，简称“津局”。不久，李鸿章将洋总办密妥士免职，另委沈保靖为总办。天津机器局主要生产火药、枪炮、子弹，供应淮军和直隶用练军。到80年代上半期，先后共用银110余万两。
在同一时期内，各地还设立许多军火工厂，“惟一省仿造，究不能敷各省之用”，到光绪十年（1884年）为止，清政府先后设厂局20所，除江南制造局停办外，其余19所分布在全国十二个省区。从六十到九十年代的30多年中，洋务派创办军事工业，共用银4500万两，均由国库支出；所有局厂一律归官办；生产的枪炮弹药和轮船均由清政府调拨发给湘、淮军和沿海各省使用；每个厂局均有成群的官吏，机构庞大，洋务派创办洋务首先聘请洋员。
在洋务运动中，洋务派也筹建新式海军。咸丰十一年（1861年），恭亲王奕请英人“协助购买欧洲造战舰”。同治元年（1862年），两广总督苏崇光与英人议定，向英国购买兵船。同治二年（1863年），一支包括大小船只八艘的舰队，由英国海军军官率领到达上海，由于英国人强夺中国海军的指挥权，清政府拒绝接受，这支舰队被遣散。清政府先后用银160余万两的筹建海军活动失败。同治五年（1866年），清政府批准了左宗棠的“设局监造轮船”的建议，决定江南制造局、福州船政局各以造船为重点，仿照西方，制造兵船，以装备海军。同治十年（1871年），两厂分别造出“惠吉”、“测海”、“操江”、“万年青”、“福星”等兵船数艘。同治十三年（1874年），丁日昌提议建立北洋、东洋、南洋三支水师。光绪元年（1875年），由两江总督沈葆桢、直隶总督李鸿章等人倡议，经总理衙门准，拨银四百万两，作为筹办海军军费，准备在十年内建成南、北、粤洋三支海军，后由于财力有限，决定“先就北洋创设水师一军”，沈葆桢死后，海军大权集于李鸿章一身，他在天津设水师营务处，佃理海军事务；又于光绪六年（1880年）在天津设立水师学堂，训练北洋系海军军官。同时又用银300万两，从德国购买“定远”、“镇远”两只铁甲舰。光绪七年（1881年），李鸿章派丁汝昌统领北洋海军。光绪十年（1884年），三洋海军初具规模，南洋海军约有军舰19艘、北洋海军约有军舰15艘、福建海军约有军舰11艘。光绪十年（1884年）六月，中法战争爆发，八月，法国远东舰队击毁了福建海军全部舰船，并摧毁福州船政局，南洋海军也受到损失，只有李鸿章的北洋海军保存了实力。李鸿章又向英国订购了“致远”、“靖远”和从德国购进“经远”、“来远”等舰，北洋海军实力增强。在这前后，李鸿章又修建了大沽、旅顺船坞，为修理铁甲舰之用。光绪十四年（1888年），北洋海军正式成军，丁汝昌任海军提督，拥有军舰22艘。军事训练由英、德国人操纵。光绪二十年（1894年），北洋海军在中日甲午战争中全军覆灭，结束了北洋海军的历史。
洋务派在开办军事工业的活动中，需要巨额经费，使他们感到“百方罗掘，仍不足用”，认为外国资本主义以工商致富，由富而强，认为“求富”是“求强”的先决条件，因此，洋务派仿照西方，开展了建立民用工业的“求富”活动，借以达到“兴商务，浚饷源，图自强”的目的。
从七十年代开始，洋务派采取了官办、官督商办和官商合办的形式，创办民用工业，包括采矿、治炼、纺织、交通运输等等，到90年代中期，共办几十个企业。
同治十一年（1872年），李鸿章派漕运委员朱其昂创办轮船招商局，这是洋务派创办民用工业的开端。轮船招商局共招商股73万多两银，海关拨官款190多万两银，官督商办。总局设在上海，在上海天津等地设码头，代政府运漕米等。光绪二年（1876年），李鸿章派唐廷枢筹办开平矿务局，光绪三年（1877年）九月在开平正式创立，招商股80多万两银，官督商办。光绪三年（1878年）开井。次年使用外国机器，按新式方法开采。光绪七年（1881年），开平矿务局每日出煤“五六百吨之多”。十余年后，开采量增加，每日“可出煤一二千吨”，且“煤质极佳，甲于地处”。光绪五年（1879年），李鸿章在大沽和北塘海口炮台试架设电报到天津，“号令各营，顷刻响应”。光绪六年（1880年）九月，李鸿章在天津设电报总局，由盛宣怀任总办。电报线由天津沿运河南下至上海等地，以后又架设了上海至南京及南京至汉口的线路，光绪八年（1882年）四月，电报局改为官督商办。招商股80万元。光绪十年（1884年），电报总局迁往上海，并在各地设电报分局。光绪十六年（1890年），即电报总局成立十周年时，电报线已遍布全国各地。光绪七年（1881年）成立黑龙江漠河金矿，商股7万两银，官款13万两银，官督商办，李鸿章派吉林候补知府李金镛办理。光绪十五年（1889年），用新式机器开采，这一年产金18961两。同年两广总督张之洞主持兴办汉阳铁厂，由清政府拨款200万两银作资金。光绪十六年（1890年），在大别山下动工兴建，光绪十九年（1893年）完工，共建十厂。官办无款可等，后由盛宣怀接手，改为官督商办。光绪二年（1876年），李鸿章和两江总督沈葆桢开始议办上海机器织布局，光绪五年（1879年）派郑观应筹办，光绪八年（1882年）成立。招商股银达50万两，采取官商合办形式。该局享有十年专利，不许民间仿办。光绪十六年（1890年）开工，营业兴隆。光绪十九年（1893年年）失火、损失约70多万两银。光绪二十年（1894年）又设华盛纺织总厂，下设十个分厂。光绪十六年，张之洞任湖广总督时，将原设广东织布局移至武昌，创建湖北织布局。光绪十五年（1889年）八月底，张之洞在两广总督任期内奏准在广东设织布局，后张奉调湖广总督，织布局随之迁往湖北，由于筹办资金困难，张之洞先后向英国汇丰银行借款16万两银，于光绪十七年（1891年）开始建造厂房，光绪十八年（1892年）底才正式开工，尚有盈余。
洋务派在七十年代后的二十几年里，先后创办了41个资本主义性质的企业，到光绪二十年（1894年）尚存30个，共计资本约计3900万元。这是中国早期的官僚资本。
此外，洋务派从同治元年（1862年）起，先后设立京师同文馆、上海方言馆、福建船政学堂和天津水师学堂等二十多所近代学校，培养外语和近代科技人才。从同治十一年（1872年）至光绪十二年（1886年），清政府还向欧美国家派遣近200名留学生。
随着北洋海军在中日甲午战争中覆灭，洋务运动也宣告破产。
京师同文馆的设立
咸丰十年（1861年），清政府设立了总理各国事务衙门（简称总理衙门），负责对外事务。次年，咸丰皇帝总理衙门大臣奕的奏请，设立京师同文馆，作为附属于总理衙门的一所外国语学校，培养对外人员。是年五月，京师同文馆在北京正式开办，设英文、法文、俄文三馆，规定招收学生十人，最多不超过24人。只招收14岁以下的八旗子弟，由总理衙门考查录取，依次传补。第二年，变通章程，改为每馆招收十人。同治五年（1866年），总理衙门又奏请皇帝，要增设天文、算学科目，聘请洋人来教习，理由是“洋人制造机器、火器等器，以及行船、行军，无一不自天文、算学中来。”于是陆续增设了算学（包括天文）、化学、格致（包括力学、水学、声学、气学、火学、光学、电学）、医学四馆。录取学生的方法也相应变动。规定由京内外各衙门保举三十岁以下的翰林院庶吉士、编修、检讨及五品以下由进士出身的官员，或举人、贡士等未仕人员，最后由总理衙门考查录取入学。同时规定“三年考列到高等者，按升阶优保班次，以示鼓励。”学生的生活待遇从优，先是每月每人给膏火银3两，后改为每人每月薪水银10两，并供给饭食。
同文馆设立之初遭到清政府内极端守旧派人士的反对。
监察御史张盛藻认为强盛中国的办法依旧是尧舜之道，只有通过精读孔孟之书，明体达用，才能使国家规模宏大，所以他极力反对向洋人学习制造轮船、洋枪技术，主张朝廷命官一定要任用科甲正途者。接着，大学士倭仁也不断提出“立国之道当以礼义人心为本，未有专恃术数而能起衰振弱者。天文、算学只为末议，即不讲习，于国家大计亦无所损。”从此，守旧派与洋务派在同文馆的设立上发生了激烈争论。倭仁声望在当时学界很高，是理学权威，他一出来反对，响应者颇多，这样，京师同文馆虽然设立了讲习天文、算学等自然科学的科目，但投考的人却寥寥无几。
同治十三年（1874年），总理衙门提出六条“紧急机宜”，发给各省总督、巡抚筹议。以李鸿章为首的实力派大肆倡导，办洋务已成为一种时尚，于是同文馆也随之逐步兴盛起来。在此之前曾增设了德文馆，随后又增设了东文馆。光绪十三年（1887年）规定学生增加到120人。光绪二十一年（1895年）改学制三年为八年，分前馆五年，后馆三年。课程包括汉文、外文、天文、算学、物理、化学、世界史地和万国公法等科目。此外设有为教学服务的化学实验室、物理实验室和博物馆、天文台等。在此之前，还于同治十二年（1873年）设立了印书处，有中体和罗马体活字四套，手摇机七部，承印同文馆和总理衙门所翻译的数、理、化、医学历史等书籍和文件。
同文馆设管理大臣，由总理大臣委派，初由一人担任，以后时有由二人担任，负责主持管理同文馆事务。其下设提调工人，帮助调二人，负责安排课程及督察学生勤惰之事。同文馆的教课人员有总教习一人，洋教习若干人，还有汉教习和汉文教习三人。总教习多由外国人担任。同文馆的经费、人事等方面多为总税务司英国人赫德所控制。同文馆先后聘请了外国传教士包尔腾、傅兰雅、丁韪良等担任教习或总教习，其中由赫德提名的总教习美国传士丁韪良总管校务近30年。按规定，同文馆不允许传播西方宗教，但实际上洋教习们总是借机进行传播。
光绪二十七年底（1902年）初，京师同文馆并入京师大学堂，改称“译学馆”，内设英、俄、法、德、日五国语文科目。
甲午战争
同治七年（1868年），日本进行明治维新后，就走上了对外扩甲午战争张的军国主义道路，并制定了所谓“大陆政策”，利用地理上的便利条件，加紧进行对中国和朝鲜的侵略战争准备。光绪二十年（1894年）春，朝鲜发生大规模的东学党农民起义，朝鲜政府请求清政府出兵协助镇压，这时日本也怂恿清政府派兵，并保证在此过程中，日本不图其它利益。于是清政府派淮军将领直隶提督叶志超率领部队1500多人赶赴朝鲜，驻守在离汉城二百余里的牙山，协助朝鲜政府镇压农民起义。与此同时，日本以保护本国使馆和侨民为借口，陆续向朝鲜派军队达二万多人，占据了从仁川到汉城一带的战略要地，使叶志超部陷入被围的险境。在日本步步紧逼和国内舆论的压力下，清政府不得不派兵增援。一方面将驻扎天津附近的盛军卫汝贵部六千余人、驻防旅顺后路的毅军马玉昆部二千余人以及奉军左宝贵部八营和丰升阿部盛军六营汇集起来，命其从辽宁越过鸭绿江，从陆路开赴平壤；另一方面调天津新军二千余人雇英轮从水路运送朝鲜，增援牙山驻军。七月二十三日，日军占领朝鲜王宫，成立以大院君李是为首的政权，迫使他宣布废除中朝间所有条约，授权日军驱逐在朝鲜的清军。两天之后，日本联合舰队司令官伊砂祐亨率领舰船15艘，在朝鲜牙山口外丰岛附近，不宣而战，袭击中国运兵船和护航舰，中国军舰济远号战败退却，广乙号中炮受重伤，操江号被劫走，日舰又强迫载运清兵的英轮高升号降随行，船上士兵坚决抵抗，结果高升号被击沉，中国士兵七百余人殉难。至此，揭开了中日战争的序幕。
八月一日，中日两国同时宣战。中日战争正式爆发（1894年为甲午年，故称之为甲午战争）。