（一）治河
直隸是水旱災害最常發生，又是最為嚴重的省份之一。這裏雨水稀少，十年九旱，但是一旦有較大的雨又會造成洪水肆虐。直隸共有九條河，水患嚴重的是北麵的永定河和南麵的滹沱河。早在曾國藩上任的上一年，永定河兩次多處決口，滹沱河也向北改道。曾國藩上任伊始，就順道察看經常發生水患的永定河，並計劃修治北麵的永定河和南麵的滹沱河。他在日記中寫道：“近聞蝗蝻間起，永定河決口，尤為焦悶。為疆吏者，全仗年豐民樂，此心乃可自怡，若事事棘手，則竟日如在桎梏中矣。”《曾國藩日記》下，第2180頁。同治九年（1870），黃河泛濫，哀鴻遍野，受災人民達十多萬人。曾國藩立即派陳蘭彬與李興銳等辦理直隸南部賑務。
曾國藩命陳蘭彬“考直隸河道”。陳蘭彬一麵隨曾公實地調查，仔細考察河道流向，淤積改道等現狀，又翻閱《唐書》、《明史》及魏源的《畿輔河渠議》等文獻，提出一些可行的建議。
自從曾國藩叮囑陳蘭彬考察直隸河道後，陳氏非常重視古文獻對直隸河流的記載，對於來自各方麵關於治理河道的意見，他細心閱讀，又根據實地考察的資料，提出自己的看法。在治理運河方麵，針對有人提出“應於臨清至黃河口岸另挖新河、建新閘”，陳氏翻閱《明史》，抄下如下一段：“欲漳衛之水南而入黃，勢斷不便，不特勞費無已，而每逢秋漲，且恐黃流倒樣而北，漳流橫潰而東，為害滋矩，已駁言不可行矣。”經過分析，陳蘭彬提出，“用古人轉搬之法方善”，具體的做法是，不用挖新河、建新閘，而是“派有漕運人員駐紮交替處所料理，並遞年將各閘修理及挖積淤乃善”，這樣，“想可不大費工帑，南運或不竟廢也”。《陳蘭彬致朱學勤手劄》，載《曆史文獻》第5輯，第162-163頁。
直隸河道的現狀，“永定河業經修治，遞年但加挖浚，當可無虞”；“滹沱河本在深晉束鹿之南，至獻縣臧家橋合滏河為子牙河，由天津入海，自去年忽徙深晉束鹿之北，各澱均難容受，水無所歸，並大清河亦受其害”；“大清河決口甚多，又為滹、永兩濁河所浸，歲歲為患”。這種狀況足以說明三條河流相互影響，永定河決口，滹沱河改道，直接影響大清河水患頻繁。因此，陳蘭彬認為，必須挽回滹沱河故道，“與大清河並治，附近十數州縣始免沉災”。具體的做法是，將滹沱河引向南，經晉州、趙州（趙縣）、寧晉等地的一條滹沱河故道，導入滏陽河。陳蘭彬與曾國藩商議，這一整治，“須數十萬金方能集事，俯首沉吟，無以應也”，初步估計需要二十萬兩銀。陳蘭彬寫信給朱學勤，認為“治此固益地方，即以緩免之數計之，亦尚合算”，他請朱“便中信致元侯時，可以己意說及，萬勿謂弟所言，是所切囑”。《陳蘭彬致朱學勤手劄》，載《曆史文獻》第5輯，第156頁。後來，曾國藩一麵上奏朝廷，希望懂水利的官員們討論，一麵籌備款項。
在治理滹沱河問題上意見歧義，一是反對，一是根據明朝王之棟疏，“因修轉決，且修必速決”。魏源的《畿輔河渠議》亦指出，河道淤塞的地方，由於淤泥肥美，當地老百姓在淤泥地種麥，而受河道淤塞成災的地方老百姓卻苦不堪言。與此同時，又出現“文安樂堤堵水，雄縣挖堤消水，釀成械鬥命案”。當曾國藩委派清河道人員實地勘察時，陳蘭彬叮囑清河道人員，此行不僅要找到病因和藥方，還“須計算藥資及量，主人力所能辦之藥資，煎調包愈”。兩委員風塵仆仆，“周曆十餘州縣鄉村”，“又細核工費做法”。調查結束後，曾國藩決定籌款治理滹沱河，並於第二年動工，對於在故道上開為田者，酌量給資。
在治河問題上，陳蘭彬認為必須“籌全局”。“誠以治水不籌全局，使獲歸墟，第枝枝節節而為之，非善策也。唯舉全局而論，河之受病仍在下遊之下遊，查天津海河為永定、大清、子牙（即向來滹沱下遊）、南北運五大河所歸彙，自此以上各河來路皆已淤高，而《唐書》所謂‘瀛鄭之間九十九澱’今已全化桑田，各河暴漲，急切無可涵容，而歸海之途又不疏暢，安得不處處為患。”《陳蘭彬致朱學勤手劄》，載《曆史文獻》第5輯，第163頁。陳蘭彬的觀點是疏浚河道是根本，從下遊疏浚入海河道入手，是解決各處水患的關鍵。為此，陳蘭彬並不主張各地為了各自的利益，各自為戰的做法。他指出：“滹沱去年改道，……泛濫散漫，迄無定所。……各州縣被害可想而知。”今年“文安縣民請由迸莊至王家口挖一十裏小引河通子牙河，暫消積潦，官府隻可從之，救彼目前之急。然欲堵塞堤決，不顧上遊鄰境淹灌，則雄縣各屬皆出而相爭”。《陳蘭彬致朱學勤手劄》，載《曆史文獻》第5輯，第163頁。因此，陳蘭彬主張治水必須統一籌劃，不能各自為政，各幹各的。但是，我們也要看到，治水是一項巨大的工程，決非一朝一夕所能完成。
在救災和治理河道的過程中，陳蘭彬深深感到黃河水災給人民造成的深重災難，並決心親赴黃河兩岸考察，研究治河要訣，後著有《治河芻言》八卷，建言各方重視治黃河，他提出根治黃河的主張受到各方重視。
（二）畿南賑災
同治九年（1870）初，曾國藩派李興銳、陳蘭彬等人在直隸南部賑災。
曾國藩指出，直隸旱災嚴重，而“庫款支絀，不能普賑”，他請求“撥製錢水十萬串，抽賑七縣極貧下戶”。他向朝廷彙報了救災的對策：正月初六日（2月5日），“已委派妥員並請陳荔秋率同前往辦理”。曾國藩：《曾文正公書劄》，第831頁。曾氏已看出存在不少困難，因為“款自既少，惠難遍施”，原有申請十萬串之外，尚須添銀二萬，雖然已經自行在江南協款撥用，不再申請部餉，但若以後再無雨澤，則處處皆須賑救，又不知當如何籌措。與此同時，曾國藩遞交修滹沱河一疏。他認為，“該河泛濫，北趨下流，無可宣泄”，導致新城、安州、雄縣等地受災，商人運鹽也改由陸運。為了當地的民生，他建議興修滹沱河，如何修，他希望上麵定議。
陳蘭彬在直隸的主要業績是參與賑災工作。事前，他仔細閱讀相關資料，了解情況，並摘抄有關當地災荒和賑災的資料達二十餘頁，交給曾國藩。曾國藩在同治八年十二月十一日（1870年1月12日）的日記中寫道：“陳荔秋所抄賑荒要語二十餘頁，細閱標識。寫信與李勉林，令其摘取數條，為大、順、廣大、順、廣：指大名府、順德府、廣平府，在今河北省南部。賑荒之用。”《曾國藩日記》下，第2253頁。接受任務後，陳蘭彬等深入災區，了解災情和民情，向上級提出建議，並根據朝廷的要求，妥善發放災款，救活災民數十萬。