兴办洋务
张之洞到达广州后，便加强防务，饬沿海督抚，严密防守。六月，法国侵略军占台湾基隆，张之洞奏请饬吏部主事唐景崧，往会刘永福，合击法军。他认为：“援台惟有急越，请争越以振全局。又言牵敌以战越为上策，图越以用刘为实济。”清廷采纳张之洞的建议，加刘永福为提督记名。刘永福率领黑旗军骁勇善战，屡创法军。但由于广西布政使徐延旭、云南布政使唐烱所率军队在抗法战争中配合不力，打了败仗，唐烱军逃走，使黑旗军寡不敌众而遭到失败。唐、徐被撤职查办，张之洞因荐徐延旭不当而交部察议。光绪十一年（1885）正月，法军侵占中越边境重镇镇南关（今友谊关），形势危急。张之洞奏请调前任广西提督冯子材、总兵王孝祺等援桂，驻镇南关。70 岁的老将冯子材率军，奋力殊死抵抗，大败法军，扭转了整个战局。法国茹费理内阁因此倒台。但是清廷却决意乘胜求和，命令前线各军停战撤兵。前线将士闻讯，“皆扼腕愤痛”。张之洞接连电奏缓期撤兵，竟遭李鸿章传旨斥责。
在中法战争中，张之洞筹饷运械，给岑毓英军200 万元，桂军200 万元，唐景崧、刘永福40 万元，台湾40 万元。朝廷表彰他筹济军事，不分畛域。这一时期，他在广东开设水陆师学堂，创设枪弹厂，疏请大治水师、专款购兵舰，设缫丝局，创办机铸制钱局及银元局，筹办织布局和制铁厂，这是他办洋务企业的开始。
光绪十二年，张之洞在广州创办广雅书局和广雅书院。广东原有端溪书院，在肇庆，他聘请梁鼎芬主持端溪书院，后来梁鼎芬率师生来到广雅书院。张之洞又聘朱一新到广雅书院主讲。当时梁鼎芬因弹劾李鸿章主和而获罪，朱一新因弹劾太监李莲英而降职。张之洞不怕非议，敢于延聘他们，显示了他的不凡气度。
光绪十五年（1889），张之洞上奏朝廷，建议修筑一条芦汉铁路，自芦沟桥至汉口，以贯通南北。他认为铁路之利，以通土货厚民生为最大，征兵、转饷次之。他提出芦汉铁路是“干路之枢纽，枝路之始基，而中国大利之萃也”。朝廷准奏，计划北段由直隶总督主持，南段由湖广总督主持，南北分段修筑。于是，清廷调张之洞任湖广总督。
光绪十五年冬，张之洞到了湖北。他花了很大的精力办起军用工业和民用工业，首先是筹建汉阳铁厂。张之洞办企业，也曾闹过一些笑话。他电驻英公使薛福成购炼钢厂机炉，英国梯赛特工厂厂主回答说：“欲办钢厂，必先将所有之铁、石、煤、焦寄厂化验，然后知煤铁之质地如何，可以炼何种之钢，即以何样之炉，差之毫厘，谬以千里，未可冒昧从事。”张之洞大言曰：“以中国之大，何所不有，岂必先觅煤铁而后购机炉？但照英国所用者购办一分可耳。”英国厂主只得从命。结果，机炉设在汉阳，铁用大冶的，煤用马鞍山的。马鞍山的煤，灰矿并重，不能炼焦，不得已只好从德国购焦炭数千吨。从光绪十六至二十二年（1890—1896），耗资560 万两，还没有炼成钢。后改用江西萍乡的煤，制成的钢太脆易裂。张之洞才知道他所购的机炉采用酸性配置，不能去磷，钢含磷太多，便易脆裂。于是又向日本借款300 万元，将原来的机炉改用碱性配置的机炉，才制出优质的马丁钢。宣统元年（1909），汉冶萍公司的经理叶景葵评论道：“假使张之洞创办之时，先遣人出洋详细考察，或者成功可以较速，糜费可以较省。然当时风气锢蔽，昏庸在朝，苟无张之洞卤莽为之，恐冶铁萍煤，至今尚蕴诸岩壑，亦未可知，甚矣功罪之难言也。”汉阳铁厂是一个钢铁联合企业。光绪十九年（1893）建成，包括炼钢厂、炼铁厂、铸铁厂大小工厂10 个、炼炉2 座，工人3000，采煤工人1000。这是近代中国第一个大规模的资本主义机器生产的钢铁工业，而且在亚洲也是首创的最大的钢铁厂，日本的钢厂建设还比这晚几年。
张之洞还办了湖北织布局。光绪十八年（1892）在武昌开车，纱锭3 万枚，布机1000 张，工人2000。织布局是盈利的。但是张之洞却将织布局的盈利去弥补铁厂、枪炮厂的亏损，使织布局一直处在高利贷的压迫下，无从发展。
张之洞看到棉纱销路很广，便决定开设两个纱厂。他致电驻英国公使薛福成向英商订购机器。光绪二十三年（1897）建成北厂，纱锭5 万多枚，为湖北纺纱局。南厂一直没有建成，机器停放在上海码头任凭风吹雨打，后来张謇领去办了南通大生纱厂。湖北纺纱局、织布局、缫丝局、制麻局到了光绪二十八年（1902）转租给广东资本家组织的应昌公司承办。
张之洞还创办了制砖、制革、造纸、印刷等工厂，还有湖北枪炮厂。他在湖北还注重兴修水利，光绪二十五年（1899）前后修了三条堤。一条是武昌武胜门外红关至青山江堤30 里，一条是省城之南的提坝，自白沙洲至金口江堤52 里和一条从鲇鱼套起至上新河为止的10 余里堤岸。这三条堤的修筑使常受洪水威胁的地区成为良田、市镇。
张之洞到了湖北，其中光绪二十年（1894）调署两江总督，任期一年多。他十分重视湖北、江苏的教育，创办和整顿了许多书院和学堂。在湖北，有两湖书院、经心书院，又设立农务学堂、工艺学堂、武备自强学堂、商务学堂等；在南京，设储才学堂、铁路学堂、陆军学堂、水师学堂等。他派遣留学生到日本留学。在学堂、书院的学习科目方面，他针对社会需要有所改革，添增了一些新的学科。他也注意训练军队，在两江总督任职期内，曾编练过江南自强军，人数1 万，地点在徐州，军官全部用德国人担任，采用西法操练。光绪二十二年（1896），他回任湖广总督，将自强军交给两江总督刘坤一。
张之洞在积极兴办洋务企业的同时，对人民群众的反洋教斗争和农民起义进行了残酷镇齤压。