組建淮軍
1862年3月，李鴻章在曾國藩的支持組建“淮軍”。淮軍剛成立時有6500人。但是這支軍隊配備了洋槍洋炮，又增加了大量的兵源，所以戰鬥力還是可以的。李鴻章的淮軍先是在上海附近對抗太平軍，後又配合湘軍在蘇、浙等地進攻太平天國。
1862年6月，淮軍孤軍奮戰，與太平軍在上海進行了三次惡戰，李鴻章親臨前線指揮，成功守住了上海，頓時令中外人士對淮軍刮目相看。
11月18日，淮軍乘勝發起收複蘇、常戰役，常熟太平軍守將駱國忠投降。太平軍派重兵前來對付李鴻章的淮軍，經過反複激戰，淮軍最終攻克常熟、太倉、昆山等地。第二年七月，李鴻章手下悍將程學啟率兵直撲蘇州城下，太平天國忠王李秀成率軍自天京往援，與淮軍大戰於無錫大橋角，結果淮軍又一次戰勝太平軍。
李鴻章高興萬分，下令繼續進兵。不久又攻克常州，蘇南地區的太平軍基本被肅清。
1865年4月24日，負責剿撚的蒙古親王僧格林沁全軍覆沒於山東菏澤，僧格林沁陣亡。這件事對清政府的震動很大，清廷馬上任命曾國藩為欽差大臣，北上剿撚。同時，任命李鴻章署理兩江總督，負責調兵、籌餉等後勤事宜。由於湘軍大部已裁撤，因此曾國藩北上率領的多為淮軍。當時撚軍正值勢旺，曾國藩對淮軍不是完全了解，加之很難有效指揮淮軍，因此出師不利，屢遭敗績。清廷見此情形罷免了曾國藩欽差大臣之職，由李鴻章繼任，率領淮軍繼續與撚軍作戰。
1866年10月，撚軍分為東西兩支主力。賴文光、任柱在中原地區活動，為東撚軍；張宗禹進入陝西聯絡回民起義，為西撚軍。1867年6月東撚軍經河南進入山東，被李鴻章的淮軍圍困於黃河南岸、運河東岸的一處狹窄地區，撚軍多次突圍失敗，任柱被奸細殺害。第二年1月，賴文光被俘，自此，東撚在山東全軍覆沒；西撚在張宗禹的率領下一度逼近保定，給當時的京師造成了一定的威脅。正在這個時候，連日大雨，撚騎不能奔馳，淮軍乘機將撚軍圍困在魯西北。最終憑借優勢兵力大破撚軍，撚軍全軍覆沒，張宗禹不知所終。鎮壓撚軍起義以後，淮軍勢力越來越大，李鴻章的勢力也遍及了長江和黃河一帶。
興辦洋務
晚清的洋務運動是李鴻章一生當中做過的一件重要事情，他因此被當時的窮酸讀書人唾罵；也因此被當時的功判之徒吹捧。
李鴻章通過帶兵作戰總結出一條規律：清軍同敵人作戰，往往數倍於敵，仍不能勝，其根本原因在武器不精，如能使火器與西洋抗衡，必能大勝於敵。洋務運動前期，以“自強”“求富”為旗號，采用西方先進生產技術，創辦了一批近代軍事工業。
1865年，李鴻章在上海創辦江南製造總局。1867年，江南製造總局由虹口遷至高昌廟，經過不斷擴充成為清政府最大的軍事工業。該廠技術和機械設備主要依靠外國，除製造槍炮彈藥外，也製造機器和修造輪船。1905年造船部分獨立，稱“江南船塢”，兵工廠部分人稱製造局。後分別改稱“江南造船所”和“上海兵工廠”。
1870年，李鴻章調任直隸總督，接管原由崇厚創辦的天津機器局，並擴大生產規模。這樣一來，中國近代早期的四大軍工企業中，李鴻章一人就創辦了三個，另一個是左宗棠、沈寶葆創辦的福州船政局。李鴻章始終堅信：“練兵以製器為先。”隨後，在引進西方設備進行近代化生產的實際操作中，他又總結出：“中國欲自強，則莫如學習外國利器。欲學習外國利器，則莫如覓製器之器，師其法而不必盡用其人。欲覓製器之器與製器之人，則或專設一科取士，士終身懸以為富貴功名之鵠，則業可成，藝可精，而才亦可集。”
洋務運動後期，為解決軍事工業資金、燃料、運輸等方麵的困難，洋務派又鼓勵倡導興辦了一批民用工業。
1872年成立的輪船招商局，就是李鴻章開辦的中國第一家近代輪船公司，也是洋務派興辦的第一個民用企業。輪船招商局剛成立買輪船3艘，5年後，輪船招商局收買了美國旗昌輪船公司，擁有輪船30多艘，形成一支實力較強的商船隊。
其後，在其後的近二十年間，李鴻章先後創辦了很多實業：