左宗棠第二次入值軍機處時，仍然充滿了雄心壯誌。不久，中法戰爭爆發，左宗棠又遠赴福建。到福建後，頻頻獲得大捷。然而，懦弱的清政府已經被西方列強的堅船利炮嚇破了膽。左宗棠不顧70餘歲的高齡為國驅馳，卻換來了清政府在中國戰場取得勝利的情況下簽訂了屈辱的和約。左宗棠也正是在這種大廈將傾的局勢下，抱恨終天！
1884年6月13日，左宗棠風塵仆仆地抵達北京。左宗棠奉詔赴京入見，他已交卸了兩江總督之任。
左宗棠重入軍機期間，其雄心壯誌依然不減當年，很想能在這個時期施展一番作為。按照清政府的諭旨，左宗棠在軍機大臣上行走，本來是“毋庸常川入直”的，但他卻“封事同軍機上”，並“自請每日入值”。
6月26日，他正式到神機營任職。為方便工作，他於7月中旬移居西安門外興勝街江寧將軍善慶宅。
8月6日，左宗棠又上奏清政府，請求將神機營兵丁扣曠免除，其辦公費資，則除將上逑各省解款“陸續發典生息外，其餘不敷生息銀兩，臣當湊捐廉餘，助成要款”。他說：“總期不扣兵丁曠銀，而兵費亦不致支絀，方為均有裨益。”
左宗棠在這次入值軍機期間，他做的另一件較有影響的事情就是撰寫並呈交《藝學說帖》。
1884年7月11日，國子監司業潘衍桐奏請朝廷特開藝學一科以儲人才。同日，清政府發布諭旨，令“大學士、六部九卿會同總理各國事務衙門妥議具奏”。於是，左宗棠撰寫了《藝學說帖》，交大學士、六部九卿和總理衙門會議。
在《藝學說帖》中，左宗棠首先肯定了“藝學之宜行”。
左宗棠將藝學等同於中國古代早已有之的製器之學，雖然有點牽強附會，但其用意在為藝學的興辦開路，也反映了他在學習西方過程中對封建主義的軟弱性和妥協性。他從當時緊迫的形勢出發，指出“此時而言自強之策，又非師遠人之長還以治之不可”，具有強烈的愛國意義。
左宗棠在第二次入值軍機期間，還特別關注中法戰爭形勢的發展。當時，戰事正在發生重大的轉折：法國不僅繼續擴大對越南的侵略，對中國本土也發起了軍事進攻。
其實，左宗棠正在北上途中，就聽到李鴻章與法使福祿諾在天津簽訂了《中法簡明條約》，條約中規定：“中國承認法國占領越南，撤回駐在越南的軍隊，並允許法國商品由雲南、廣西自由輸入內地”等。這項條約嚴重地損害了中越兩國人民的利益，又向侵略者打開了中國西南大門。左宗棠是一貫的主戰派，在離南京之前，還曾寫信給總理衙門，主張為抗拒侵略，不惜與法國一戰。聽到這項賣國條約的簽訂，宛如一盆冷水向頭上潑來，他氣憤之極，立即向朝廷寫寄一份《時務說帖》，反對在侵略者麵前采取妥協投降政策，認為這樣將遭受被瓜分的危險。
6月23日，《天津簡明條約》墨汁未幹，法國將領杜桑尼中校就率軍900人，向駐守越南北寧觀音橋的清軍營地發起攻擊，並揚言要接收諒山、高平兩省。清軍被迫奮起還擊，將敵出退。事後，法國竟反誣中國破壞《天津簡明條約》，蓄意進一步侵犯中國本土。
8月5日，法國遠東艦隊副司令利士比，率艦3艘，進攻台灣基隆港，依仗猛烈炮火，轟毀基隆炮台；6日，並派海軍陸戰隊登陸，被守軍擊退。
8月23日，早已停泊在福州馬尾港的法國艦隊，在艦隊司令孤拔的指揮下，向福建水師發動猛烈的攻擊。中國水師倉促應戰，實力懸殊，全軍覆滅，11艘艦艇全被擊沉，官兵死傷約2000人；馬尾船廠也被炮轟，遭到破壞。
戰事的發展，完全證實了左宗棠在《時務說貼》中的預料：“法國侵略者得隴望蜀，中國不能高枕而臥，中法之間非決計議戰不可”了。馬尾之戰後三天，即8月26日，清政府正式對法宣戰，援越戰爭發展為主要是法中兩國間的侵略與反侵略戰爭。
戰局的發展，使左宗棠對國家民族的命運十分憂慮，他為此而多方籌劃。
觀音橋事件發生後，他上奏朝廷，指出“法軍的行動，足以證明法國人的請和之舉不足信，而緩兵之伎倆畢露；而且自天津和議條款一出，天下臣民莫不共憤而痛感狡虜之欺侮朝廷。茲又釁自彼開，法人雖狡，無可置辯。惟有淆旨敕下滇、粵督撫臣，嚴令防軍穩紮穩打，痛予剿辦”。並再申前請，令黃少春迅速挑選成軍，開赴廣西前線。
7月21日，他去工部尚書、前軍機大臣翁同龢處長談，“力主戰，以為王德榜、李成謀、楊明鐙（海）皆足了此也”。在此前後，他還與醇親王奕譞共議中法戰事。主戰態度十分堅決，並且表露了請纓赴敵的意願。馬尾之戰清軍慘敗後，他憂心如焚。待清政府發布宣戰詔書，他便迅即慷慨請行。
9月4日，左宗棠往見醇親王奕譞，要求代為請旨統兵出征。於是，9月7日，清政府從戰爭的需要出發，接受了左宗棠的請求，任命他為欽差大臣，督辦福建軍務。