左宗棠在青年时代就钻研“经世致用”之学，注重研究实际问题，这种务实精神与他在鸦片战争中表现出的反侵略的爱国思想相结合，便产生一种强烈的愿望：要求面对现实，研究西方情况，以寻求御敌自强之道。魏源的《海国图志》为左宗棠认识世界开辟了新径。魏源在《海国图志》里，将他当时所能了解到的外国历史、地理以及新式船炮方面的知识，系统地加以论述，明确提出“以夷攻夷”、“以夷制夷”、“师夷长技以制夷”的主张。但这些正确主张，未能被当权者采纳。对此，左宗棠深为惋惜。在左宗棠看来，中国要不受外敌欺凌，就能够富强起来。首先，统治者应改变妄自尊大、固步自封的态度，敢于正视现实，承认西方科学技术的先进性。承认自己不如人家，不妄自菲薄，而是要学其所长，为己所用，从而达到克敌致胜的目的。左宗棠为了抵抗外国的侵略，维护清朝的封建统治，迫切地希望把魏源提出的“师夷长技以制夷”的主张付诸实践。
早在同治二年（公元1863年），左宗棠在浙江镇压太平军时，就已开始考虑仿制轮船了。他认为造船不仅能用于“缉盗”，更重要的在于“防洋”——抵抗外来侵略。同治五年（公元1866年）春，左宗棠在镇压了太平天国余部之后，由广东回到福州。当时清廷正在考虑购雇轮船的问题，他立即写信给总理衙门，指出：“就局势而言，借不如雇，雇不如买，买不如自造。”同年夏天，他又上疏于清廷，阐明制造舰船的重要性。他认为，在两次鸦片战争中，侵略军的兵舰之所以能长驱直入天津塘沽，就是因为敌人有先进的舰船，可以纵横海上，而我军因没有此种舰船，无法抵御。如果没有先进的军舰，沿海藩篱便成为虚设。比较可贵的是，左宗棠在这份奏折中还把造船和发展经济联系起来，所造船只可以在海上运输货物，沿海各省利益在海上而不在陆地。即使用船来运输漕粮，也方便得多。在鸦片战争中，林则徐就认为，广东濒临大海，只有让百姓出海经商，才能富裕起来。左宗棠的以船运货思想和林则徐经营海上的方略颇为相似。
在经清政府批准后，左宗棠开始筹建福州船政局。他亲至福州海口罗星塔，购买马尾山下民田二百多亩作为厂基，并聘请法国人日意格、德克碑为正、副监督，计划兴建铁厂、船槽、船厂、学堂、住宅等工程，并且向外国订购机械、轮机、大铁船槽，并聘请外国工程技术人员。在左宗棠看来，造船要配套，即培养自己的驾驶和检修机器的人员，这样才不会“授人以柄”。要培训自己的制造、驾驶、检修一系列人员，就要办学校。左宗棠主张免费招收学员，请外国教师来教，首先要学会外语，因为图书、机器都是从外国引进的，不会外语就无法工作。其次是让学员学算术及有关造船技术。因此，当时船政大臣沈葆桢说，福州船政局“创始之意，不重在造，而重在学”。从这点看，左宗棠是有战略眼光的，只要有自己的技术人员，造船就不会有困难。在这种思想指导下，福州船政局办了许多学校，分为英文部、法文部两个部分，另开办有造船学校、海军学校、计算学校、工程学校、航海实习学校等。这些学校是中国最早培养海军和造船技术人员的学校，后来不少重要的海军将领，如邓世昌、刘步蟾等都出自这些学校。办自己的军事工业，是向西方学习的一个步骤，而向西方学习，重在“学”字，只有学到造船知识，制造枪炮的知识以及管理经验，才能创造性地发展船舶事业，不办学校，就永远得聘用外国工匠，工厂办起来，技术仍操纵在洋人手里，仍然不会有很大的发展前程。
正当筹备工作紧张进行时，清政府却于九月二十五日将左宗棠调任陕甘总督，去镇压西北回民起义，突然的变化使处于草创阶段的福州船政局工程大有夭折的危险，这使左宗棠极为忧虑，但他在上清廷的奏折中表示决不半途而废。为物色一个精明能干的接办人，他几次造访丁因忧居家的原江西巡抚沈葆桢，终于把沈葆桢请出来“总理船政”，并要求清廷给予全权，经费则责成署藩司周开锡随时调拨。一切安排就绪后，左宗棠才离开福州，取道江西、湖北入陕西。
经过一年多的筹备，福州船政局正式开工，以后几经扩建，规模不断扩大。左宗棠虽在福州船政局创建时就离开福州，但他一直关心着造船厂的建设。当他听到一艘艘新造轮船相继下水的消息时，他兴奋异常。但由于工业基础薄弱，管理不善、经验缺乏等原因，福州船政局遇到了层层障碍，特别是以后几任闽浙总督与船政局常有龃龉。同治十年（公元1871年）宋晋上奏清廷，认为福建连年造船，所用经费太多，造船是为了制夷，现在已经议和，就没有必要再有此举，要求“暂行停止”。由于左宗棠和沈葆桢的坚持，福州船政局终于得以维持下去，直到光绪三十三年（公元1907年），才因种种不可克服的矛盾而停办。
左宗棠“洋务”活动的第二项内容是创办甘肃织呢总局。还在筹建福州船政局时，左宗棠就在考虑发展民用工业，他在同治五年（公元1866年）的奏折中指出，要以制造轮船为起点，创办民用工业。他任陕甘总督后，便把创办民用工业的愿望付诸实践。光绪八年（公元1882年），德国技师因合同期满而撤走。翌年，厂内锅炉爆炸，无力修复，织呢局也就随之停工。光绪十年（公元1884年），甘肃织呢局被新任总督谭钟麟裁撤。
力排众议 进军新疆
1864年新疆爆发了以回民为主体的各族人民大起义，由于领导权被当地封建贵族上层分子篡夺，在天山南北出现了五支较大的封建割据势力。新疆的混乱局势，引起了外国侵略者和野心家的觊觎。1865年初，中亚浩罕汗国军官阿古柏乘势侵入新疆，逐步占据了天山南北的大部分地区，残酷掠夺和奴役新疆人民。当阿古柏势力扩张到乌鲁木齐时，沙俄竟于1871年7月悍然出兵侵入我国伊犁，并叫嚣要占领乌鲁木齐，甚至夺取哈密。1872年和1873年，阿古柏竟以“独立国君主”名义，分别与英俄签订条约，以取得它们的支持。
面对上述情况，清廷内部一部分大臣纷纷要求政府迅速制订有关新疆的决策。以李鸿章为首的一派官僚主张放弃新疆，把用兵新疆的饷款移作海防费用。他认为国防重点在海防，而不在新疆边防。当时李鸿章企图通过海防建设，控制北洋水师，一再强调加强海防的重要性，要求集中人力财力建设海防。李鸿章认为，如果进兵新疆就会损害和英俄侵略者的“和局”。英国侵略者看到李鸿章的态度，便大造舆论，散布阿古柏已归属土耳其，并与英、俄订有条约，中国不能过问。李鸿章在这个问题上，完全站在侵略者的立场上，胡说乾隆年间戡定新疆只徒收数千里之旷地，增加千百年之漏卮，很不合算。所以，他请求清廷命令西征将领就地守住边疆，不必要进取。李鸿章赤裸裸地上奏清廷，胡说什么：“新疆不复，于肢体之元气无伤。”言下之意，新疆可以拱手让给外国侵略者。这样，一场“海防”与“塞防”之争就由李鸿章挑起了。当时，一些有远见的官员面对危若累卵的西北局势，都要求重视“塞防”，抗击沙俄入侵之军，收复失地。在地方督抚中，丁宝桢、文彬、吴元炳等都力陈抗俄的重要性，湖南巡抚王文韶更主张“以全力注重西征。”
同治十三年（公元1824年），地方督抚对“筹办海防”的复奏已基本汇齐，正准备进行由亲王、郡王、大学士、六部、九卿等参加的“廷议”时，同治皇帝突然病死，“廷议”遂推迟到第二年春天。在第一阶段的讨论中，围绕着收复新疆问题，已出现了两种截然对立的意见，而第二阶段的“廷议”，则远远超出总理衙门的原奏范围，实质上成了收复新疆还是放弃新疆的一场争论。
在李鸿章的唆使和鼓吹下，一时间，“边疆无用论”、“得不偿失论”、“出兵必败论”甚嚣尘上。李鸿章身任文华殿大学士兼直隶总督，声势显赫，大权在握，有相当一部分廷臣和地方督抚按照他的调子主张暂停“西征”。在一片要求对西征停兵撤饷的叫嚷声中，新疆的命运确实令人担忧。在关键时刻，左宗棠挺身而出，据理力争。他站在国防战略的高度，一针见血地指出：东南海防固然重要，但西北塞防也同样重要。他在给清廷的奏折中写道：中国定都北京，外有蒙古和新疆蔽位，而蒙古与新疆又是唇齿相依，指臂相联。重视新疆是为了保护蒙古，保护蒙古是为了捍卫北京。反之，如果新疆有失，则蒙古不安，不仅陕西、甘肃和山西等省经常受到威胁，就是北京及其周围地区亦将无安宁之日。国家的大片领土丢失，并导致政治中心不稳，海防即使再坚固又有何用？他认为当时海上并无构兵之衅，而收复新疆却是燃眉之急，西征粮饷绝不能减少。左宗棠对新疆作了认真的调查研究，对白彦虎、阿古柏所部的兵力作了认真分析，向清廷报告。他还认为，中国出兵新疆，俄国不会出兵帮助白彦虎，阿古柏与我为敌，即使他们冒险行动也不会得到什么好处。乌鲁木齐是新疆最重要的军事要地之一，左宗棠坚持首先收复乌鲁木齐后，根据形势再决定是否收复南疆八城。这个策略容易取得清政权的支持，当时清政府虽然腐败，但也绝不会看着新疆任侵略者肢解而无动于衷的。况且，一旦收复乌鲁木齐，便会给清王朝注进一针强心剂，增加他们的信心。这样，清廷才下决心支持左宗棠收复新疆的主张。
李鸿章之流竭力鼓吹的“新疆无用”、“得不偿失”等谬论，实质上是主张放弃祖国西北的大片领土；左宗棠则强调国家领土尺寸不能让人。新疆既然不可放弃，那么在当时是否有可能将它收复呢？李鸿章等在失败主义思想支配下，认为收复新疆是办不到的，他们的理由是沙俄已占据伊犁，阿古柏又与英、俄、土耳其相勾结。左宗棠则认为只要“剿抚兼施”、“粮运兼筹”，西征是可以取得胜利的。由此可见，“塞防”与“海防”之争，既不是一般的策略分歧，也不能简单地看作是两个集团争权夺利的派系斗争，而是要不要维护国家领土主权的完整，要不要维护中华民族根本利益的大是大非之争，实质上是爱国与卖国之争。
陈兵新疆 收拾金瓯
清廷最终接受了左宗棠的建议，决定派遣大军西征新疆。光绪元年（公元1857年），清廷发出“六百里加急”谕旨，任命左宗棠为钦差大臣，保留陕甘总督原职，督办新疆军务，授予他筹兵筹饷、指挥西征军队的全权。左宗棠在受命之后，便积极地投入了对西征新疆的准备工作。要收复沦陷十多年的新疆，困难是很多的：既要在国库空虚、财政拮据的前提下措办巨额经费，又要在军粮无着、路途艰险的条件下筹粮、筹转运：既要在政敌攻讦、谤声四起的逆境中冒政治风险，又要同狡诈而凶恶的俄、英殖民主义者作斗争。虽然摆在左宗棠面前的是一条坎坷不平、荆棘丛生的道路，但他却怀着“朔雪炎风，何容措意”的豪情，踏上了收复新疆的征途。
左宗棠为西征收复新疆作了一系列准备工作。他认为“自古失塞用兵，宜精不宜多”，按照这个原则，他着手整顿在新疆的部队，坚决地惩治悍将，裁减冗兵。驻守肃州高台（今甘肃高台县）的原乌鲁木齐提督成禄，视边塞为安乐窝，他在这一带横征暴敛、滥杀无辜，劣迹累累，民怨沸腾。左宗棠于同治十一年（公元1872年）奏请清廷，将其革职论罪，部队由金顺并统。与此同时，左宗棠在镇压回民起义后，也对所部湘军进行整顿，把老弱冗员，凡无战斗力的皆给资遣回，并且明确宣布凡是不愿随他出兵西征的不论官兵，一律听便，给资回籍。