道光十二年(1832年)二月，調任江蘇巡撫。從這一年起到十六年間，他對農業、漕務、水利、救災、吏治各方麵都做出過成績，尤重提倡新的農耕技術，推廣新農具。他在實踐活動中認識到：“地力必資人力，土功皆屬農功。水道多一分之疏通，即田疇多一分之利賴。”林則徐這種農耕思想，是在實際考察中體驗出來的。道光十二年(1833年)，江蘇大水災，林則徐不顧報災限期和朝廷斥責，詳盡陳述災情，呼籲緩征漕賦，提出“多寬一分追呼，即多培“一分元氣”請求，這對發展生產，蘇息民困在客觀上起了有利的作用。同時，他分析水災原因是由於吳淞江、黃埔江、婁河及與之相表裏的白茆河年久失修，逐年淤塞所致，於是決定興修白茆河、婁河，還修建海塘，這些在我國水利史上都有一定的地位。在這一時期，林則徐對清王朝的財經政策、貿易政策提出異議，反對一概禁用洋錢，並第一次婉轉地向道光帝提出了一套自鑄銀幣，建立本國銀本位製度的主張。這是中國近代幣製改革的先聲。這也是適應政治經濟形勢變化，保護本國工商業者，保護民族經濟獨立發展，抵製西方資本主義經濟侵略的先進思想。
道光十七年(1837年)正月，升湖廣總督。麵對湖北境內每到夏季大河常泛濫成災，林則徐采取有力措施，提出“修防兼重”，使“江漢數千裏長堤，安瀾普慶，並支河裏堤，亦無一處漫口，”對保障江漢沿岸州縣的生命財產，做出了不可磨滅的貢獻。同時林則徐整飭吏治，嚴懲貪贓枉法。“要正人，先正已”。“身教重於言教”，林則徐十分注意嚴格要求自己，事事以身作則，處處為人表率。在出任湖北布政時，入湖北發出《傳牌》，禁止沿途阿諛奉迎，借端勒索。在總督任內，仍保持“一切秉公辦理”的作風。林則徐辦事兢兢業業，是當時官場中最廉明能幹、正直無私受群眾愛戴的好宮。
禁煙運動
當時鴉片問題漸成為政治性爭論問題之一。道光十六年(1836年)，太常寺少卿許乃濟倡“馳禁論”，請準民間販賣吸食，使鴉片走私合法化；道光十八年(1838年)，鴻爐寺卿黃爵滋提出“嚴禁論”，以重治吸食為先。林則徐曾向朝廷上奏，請求嚴禁鴉片。未等皇上批示，就開始在全省厲行禁煙，收繳煙土、煙膏與煙具，並配製“斷癮藥丸”，供人戒煙，成效卓著。隨後又一道奏折，力陳煙禁特別是杜絕鴉片來源的重要性和禁煙方略，並針對反對派的駁斥強調說：“法當從嚴，若猶泄泄視之，是使數十年後，中原幾無可以禦敵之兵，且無可以充餉之銀”，舉棋不定的道光帝認識到嚴禁鴉片的迫切性、必要性和可能性，於是，被迫接受嚴禁主張，決定禁煙。十一月十五日(十二月)，道光皇帝特命林則徐為欽差大臣赴粵查辦禁煙。入廣州之前．林則徐先弄清廣州受鴉片毒害情況，查找各家煙館，掌握大量第一手資料，於道光十九年正月〔1839年3月〕抵廣州，於二月初四(3月19日)，林則徐會同鄧延楨等傳訊十三行洋商，責令轉交諭帖，命外國鴉片販子限期繳煙，並具結保證今後永不夾帶鴉片，他還嚴正聲明：“若鴉片一日不絕，本大臣一日不回，誓與此事相始終，斷無中止之理。”但外商拒絕交出，經過堅決的鬥爭，挫敗英國駐華商務監督義律和鴉片販子，收繳全部鴉片近2萬箱，約237萬餘斤。於四月二十二日(六月)在虎門海灘上當眾銷毀。這就是聞名世界的虎門銷煙，林則徐領導禁煙運動的勝利，是中國人民反侵略鬥爭史上第一個偉大勝利，這一壯舉，維護了民族的尊嚴和利益，增長了中國人民的鬥誌。林則徐在廣州查鴉片的過程中，意識到英國會發動侵略戰爭。為了戰勝敵人，需要知己知被。他經過多方麵分析研究，得出：變敵人的長處為自己的長處，即魏源歸納闡述為的“師夷之長技以製夷”。於是林則徐親自主持，組織翻譯班子，把外國人講述中國的言論翻譯成《華事夷言》，作為當時中國官吏的一種“參考消息”；為了了解外國的軍事、政治、經濟情報，將英商主辦的《廣州周報》譯成《澳門新聞報》；為了解西方的地理、曆史、政治，又組織翻譯了英國人慕瑞的《世界地理大全》，編為《四洲誌》，這是我國近代第一部比較係統介紹西方地理的書；還翻譯瑞士法學家瓦特爾的《國際法》。其中一條規定：“各國有禁止外國貨物不準進口的權利。”說明中國禁煙完全合乎《國際法》。在軍事方麵，著手加強和改善沿海一帶防禦力量。林則徐專門從外國買來200多門新式大炮配置在海口炮台上。為了改進軍事技術，又搜集並組織了大炮瞄準法，戰船圖書等資料。林則徐敢於學習外國先進科學技術的精神，受到人們高度讚揚，被稱為“開眼看世界的第一個人。”雖然林則徐對西方認識比較膚淺，接觸西學的目的是出於外交、軍事需要，但畢竟開創了中國近代學習和研究西方的風氣，對中國近代維新思想起到啟蒙作用。