輪船招商局是洋務派興辦的第一個民用企業，這之後，洋務企業又向其他方麵進一步拓展。在工業生產領域，首先興辦的是礦業，即煤炭、金屬礦的開采和冶煉。這是由於軍事工業的發展和輪船航運的興起，極需金屬原料和燃料的緣故。在興辦礦業的熱潮中，盛宣懷積極參與其事，成了礦務企業的創業者之一。
光緒元年（1875年），盛宣懷開始經營湖北省廣濟、大冶煤鐵礦，該礦是清政府最早用洋法開辦的3個煤礦之一。盛宣懷之所以熱衷於此，乃在於此時各製造局和招商局輪船需煤甚多，煤之銷路甚好，另外也可由此“敵洋產”，減少外國煤炭的進口。李鴻章對盛宣懷辦湖北煤鐵開采給予了很大的支持，期望甚高，他想把湖北作為辦礦典型，成功了再向其他地區推廣。有李鴻章做後盾，盛宣懷對湖北礦業建設自然盡心盡力。
在籌備湖北煤鐵礦的過程中，盛宣懷在官辦、商辦還是官督商辦問題上，費盡了心思。他已有辦輪船招商局的經驗，深知這個問題關係到企業的發展前途。思前想後，他認為湖北礦務以仿照招商局的官督商辦形式為宜。在當時形勢下，官督商辦是切實可行的，有利於發展民族工礦業。盛宣懷以這種形式招徠資本，很快就得到10萬巨資。不久傳出消息，說政府欲將湖北之煤廠歸並於輪船招商局。聞此訊，盛宣懷十分焦急，他上書李鴻章反對歸並之事，認為這樣做勢必導致湖北煤廠的失敗。為了保證煤廠的順利開工，最後盛宣懷隻好提出非其本意的官辦一法，以求盡快獲得政府的批準。經過一係列努力，政府終於正式批準成立官辦的湖北煤鐵開采總局，該局於光緒二年（1876年）初成立。
官本官辦是不得已而采取的辦法。盛宣懷在解決於由官督商辦改為官本官辦的問題後，抓緊進行開辦礦廠所需做的工作。首先是物色礦務人才。用西方先進技術開采礦產，在當時的中國係首創之事業，盛宣懷本人對開礦也毫無經驗，必須有專業礦務人才協助他，才能做好從勘礦、采礦到生產加工的一係列工作。所以盛宣懷急切地托人物色礦師，並予重金聘請。與此同時，他自己也到處尋找有關礦務的書籍，以期略知其理，從外行變為內行。經人介紹，他先聘請了洋礦師馬利為師，在發現該人技術平平後，便毫不猶豫地辭退掉，又聘請了英人郭師敦。郭不僅精通礦務之學，而且懂得機器原理，令盛宣懷非常滿意。
專業人才找到了，接下來就是積極勘礦、開采和冶煉了。盛宣懷的指導思想是“先煤後鐵”、“以鐵為正宗”。本著這一原則，盛宣懷在興濟探煤的同時，又派礦師到大冶勘探鐵礦，並決定到外國購買新機器，用洋法開采和冶煉。經過一段時間的艱苦努力，勘探終於有了眉目。光緒四年（1878年），盛宣懷親到大冶勘查鐵礦，經與礦師反複切磋，證明該礦鐵的蘊藏量豐富，極有開采價值。同年煉出鐵樣，質量令人較為滿意。
大冶鐵礦已勘查清楚，下一步就該采礦冶煉了，但此時查明原勘的廣濟煤煤質欠佳，煤層亦薄，滿足不了煉鐵之需。新找到的荊門當陽煤倒很合適，不過采掘起來，所需資金將大大超過原來估計的數字。湖北煤鐵開采總局開辦時，政府撥款並不很多，此時已用去一半以上，要把荊門當陽煤礦辦起來，靠現有經費根本不夠，政府又不可能增撥經費，所以盛宣懷主張招商辦理，把官辦改為商辦。李鴻章同意盛的建議，盛遂於光緒五年（1879年）結束湖北開采煤鐵總局，另開辦荊門礦務總局。荊門礦務總局招股開礦並不順利。開局之初，隻招到5000股，即銀5萬兩，距離煤鐵同辦需款數十萬兩之額相差甚遠。盛宣懷隻好決定先用土法采煤，洋法煉鐵，但鐵礦需待煤無匱乏之虞時方可開設。至於規模，則由小而大，由淺入深，慢慢擴充。程序和規模既定，荊門煤鐵礦開始經營。一年多之後，再次招股，由於該礦經營不善，運輸困難，成本昂貴，無利可圖，故認購股票者寥寥。資本不足，荊門煤礦未能擴充，大冶熔鐵爐也未能開辦，預期目的沒有達到。於是李鴻章下令裁撤荊門礦務總局。盛宣懷賠墊了1.6萬餘串錢，直到光緒十年（1884年）始結案。
湖北煤鐵礦被裁撤之時，正是國內掀起投資辦礦熱潮之際。盛宣懷雖辦礦失敗，但他沒有氣餒，而是總結經驗教訓，又投入了這個熱潮。由於他的特殊身份，各省礦產開采大都與他有一定的聯係，或曾率礦師勘踏，或有股份在其中。他親自創辦的則為山東和遼寧金州等礦。光緒八年（1882年），他率礦師到山東登州等地勘查金屬礦藏，隨後又到遼寧金州勘查煤鐵礦；與此同時，他還著手招股20多萬兩，集資順利。但在金州礦籌辦過程中，由於他與礦師意見不一，加上各種困難，一時不能按預定計劃進行，礦股難以獲得，他遂把十餘萬兩的股資移入自己正經辦的閩浙電線工程中。此舉股東們並不反對，但遭到政府的指責，並給予盛宣懷一定處分。