曾國藩推薦丁日昌主持江南製造局事務。曾國藩看中丁日昌是因為丁“以絕異之才，負救時之誌，生長之鄉，服官之地，皆在海疆。其於外洋地形國勢久已熟習見聞”。在給丁日昌信中，曾說：“機局事緒繁多，宜得一人主政，曾與李相（李鴻章）商及。頃接來函，已擬推閣下就近主持，請勿過事推讓。”在信中，他又向丁推薦陳蘭彬，說：“荔秋膽識俱優，意量尤為深遠，久擬屈以外秩，惟聞其宦情素淡，所誌似不在此，將來必思得一當以位置之。”《曾國藩全集》書信（十），第7202頁。
江南製造局管理人員有督辦、總辦、提調、委員、司事等。陳蘭彬於同治九年（1870）至同治十年（1871）任江南製造局總辦。同治九年（1870），江蘇巡撫丁日昌任督辦，丁日昌愛才是出名的，加上曾國藩的推薦，陳蘭彬以刑部主事身份任該局總辦。1871年該局的督辦是北洋大臣直隸總督李鴻章，南洋大臣兩江總督曾國藩，陳蘭彬以候補京堂身份當總辦。魏允恭編：《江南製造局記》，第814頁。
雖然陳蘭彬自謙“機器非蘭彬所習知”，屬於初習洋務之人。但是，史料告訴我們，陳蘭彬是識大體，顧大局，視野寬闊，懂得從世界大局、中國大局的視野去處理具體的洋務實事。他時刻關注列強對中國的野心，也注意中西的差距，中國應該如何學習西方所長以補救中國之不足，中國又應如何發揮自己所長，立足於自強，禦敵於外等等。他給友人的信中經常談及列強對外擴張和對中國的野心。他指出，俄國“橫亙六七萬裏”，英國“辟地遍四海”，普魯士“崛興西陲，皆有雄視八荒之誌”，法國雖然在普法戰爭中失敗，但“意氣仍傲睨不群”，日本“方追逐其間”，美國“與高麗又見仗”。至於“我之屬國”，如緬甸、暹羅、安南，“悉有西人占居地方，多者近千裏，少者百數十裏。英人仍刻刻圖謀，……每念及此，耿耿杞憂，曷其有極”。《陳荔秋來函》，《晚清洋務運動事類彙鈔》上冊，第62-63頁。
中西差距之大也令陳蘭彬深感中國必須加快辦洋務的步伐。他認為中西差距在於，其一，中國大計“在兵與農”，西人大計“在兵與商”，西人不僅船堅炮利，而且“網利無遺”。其二，中國“煤鐵等礦雖多，而開辦即虞掣肘，久辦必成漏卮”，而西方“上下同心，群講究軍國重務”。其三，中國社會風氣“習虛意虛文，第以名利羈縻，絕少忠誠孚結”，而西人講究的是“務真實”。在這樣的對比下，陳蘭彬覺得中國必須花大力氣，“非有大力者轉移風氣，除冗濫而務真實，與彼人度長絜短，勝而複發，將何以善其後乎？”中國必須經過長期的努力，做到“彼中之事，我無不知”，“彼中之技，我無不能”。《陳荔秋來函》，《晚清洋務運動事類彙鈔》上冊，第62頁。這樣的分析，說明陳蘭彬非常清晰地認識到，中國向西方學習的目的所在。
陳蘭彬被派往上海任上海機器局總辦，開始籌劃局內各種事務，並經常向曾國藩彙報局務的進展。朋友李興銳在日記中也記載了陳蘭彬在上海機器製造局的情形。同治十年三月十一日（1871年4月30日），李興銳到上海時，陳蘭彬專程從機器製造局趕來迎接。李在上海期間，陳蘭彬帶領他參觀製造局，他的日記記載：“複乘小舟訪荔秋、竹儒於機器局，暢談半天。略觀局中製造，及訪廣方言館徐君。電線、小機器，皆異物也。”《李興銳日記》，第70頁。“赴機器局，荔秋引與遍觀機器。”《李興銳日記》，第71頁。“坐鐵皮火輪舢板至機器局，與竹儒、荔秋、玉生及卸任台灣道黎召民（兆棠）暢談。” 《李興銳日記》，第79頁。
同治十年三月初一（1871年4月20日）曾國藩在給陳蘭彬的信，函商滬局續釘輪船、改造天平舊存器具、設廠煉鐵、設局製辦火藥等事。《曾國藩全集》書信（十），第7360-7363頁。
在製造輪船問題上，陳建議：“一仿外洋兵船之式，並造鐵殼舢板以為鐵殼大船先導，繼造鐵甲兵船，一二年後遂可就緒。”曾國藩肯定鐵甲船的優點，因為船上安設靈活炮台二座，座各二門，這樣“敵炮不能傷我，我炮可以擊敵，誠屬防守利器”。但曾國藩擔心此類船“體質笨重，不利行駛”，所以他認為：“姑試為之。如尚易於運棹，即可仿照續造。倘多不便，再議酌更。”後來，曾國藩又致信陳，指出滬局擬俟鐵殼舢板竣工即試造鐵殼大船及鐵甲兵船。 《曾國藩全集》書信（十），第7361、7420頁。
在改造天平舊存器具問題上，曾國藩認為舊的製造水雷方法，“法殊拙滯”。“近日夷人水雷去葫蘆等件，改用電線點放，較為靈捷。”可以仿效。
製造各種兵器、船隻必須大量的鐵為原料，那麼，如何解決設廠煉鐵問題？在哪裏設廠？曾國藩在給陳蘭彬的信中提出，大件熟鐵采用外國，這不是長久之計，在上海設廠煉鐵也不適宜，“似宜在產鐵之境另選僻靜之地”。在何處設廠？曾國藩說：“聞湖南、江西、廣東皆產佳鐵，或在江西鄱湖、星子、都昌等處，或在湖北上遊、嘉魚、沔陽等處，或在廣東惠、潮等處開設鐵廠”，原則是“須山鐵易於運廠，出廠易於登舟，又須易於取煤之處，乃為妥善”。曾氏建議在局內選擇適合的人進行實地考察再作決定。至於設局製辦火藥一事，製造局已在龍華江堪得一所，距製造局不過十裏。曾國藩非常關注煉造洋炮的技術改進。他給陳蘭彬信中指出，造洋炮，治高克法即用汽錘在爐內沾錘，比之諸法尤速，但不盡善；局內製熟鐵炮，期“精利堅潔”，不要“強求新法”；造槍，“擬改後開門易於入藥，更為敏捷”。《曾國藩全集》書信（十），第7361-7362頁。