在李鴻章的手下工作是盛宣懷一生中最重要的轉折點，是識才和惜才的李鴻章把盛宣懷推上了曆史舞台。促成這一轉折的機緣，根本是李鴻章與盛宣懷的父親盛康的交誼，當然，也得力於推薦者曾是協助李鴻章辦團練對抗太平軍的舊部。
盛宣懷和李鴻章之間一開始就包含了種種複雜的聯係，這種聯係既是情感上的，也是權力上的。作為千萬個希圖在大清的官宦序列中謀求一席之地的讀書人之一，盛宣懷深深知道，這種情感和權力相交織的關聯是帝國官僚體係的老傳統。他並非出身科舉“正途”，使他加倍珍惜追隨李鴻章的機會。終其一生，他都對李鴻章保持著緊密的權力和情感聯係。
史學家陳寅恪的父親陳三立為盛宣懷所作墓誌銘中說，盛宣懷“最受知李文忠公（李鴻章）”，原因是，“時文忠為直隸總督，務輸海國新法，圖富強，尤重外交、兵備。公則議輔以路、礦、電線、航海諸大端為立國之要，與文忠意合”，認為是挽救帝國危亡的洋務事業將二人的命運聯係在一起。
1870年，盛宣懷開始在陝西協助時任湖廣總督的李鴻章“防剿”回民起義，實際擔任李鴻章的秘書。他十分勤勉，據說“盛夏炎暑，日馳騁數十百裏”而不畏勞苦，當然，其才能也開始嶄露頭角，據說草擬文稿有“萬言立就”的功夫。不久，天津教案發生，列強陳兵海上威脅清廷，李鴻章及其所部淮軍從西北調往直隸拱衛海疆。盛宣懷亦步亦趨，隨李鴻章赴天津。熟知軍務的他很快被李鴻章任命為會辦陝甘後路糧台，又在淮軍後路營務處工作，往來天津、上海等地采辦軍需。
在李鴻章控製的龐大事業中，盛宣懷參與最多的是籌辦洋務企業和外交事務。1874年，盛宣懷在李鴻章指示下參與買回吳淞鐵路的談判。英國人修建一條自上海到吳淞的全長14．5公裏的窄軌輕便鐵路，這是中國第一條商用鐵路，但英人不告而修引起清政府的不滿，進而與英國展開外交幹涉，最後由盛宣懷等人出麵辦理，以28．5萬兩白銀將這條鐵路贖回拆毀。
這種行徑在現在看來十分古怪，盛宣懷也覺得十分可惜。這一外交交涉的結果無疑顯示清政府當局的顢頇，其過程卻頗能顯示盛宣懷的才幹。李鴻章由此給他“心地忠實，才識宏通，於中外交涉機宜能見其大”的評價。從此，但凡李鴻章辦理外交，盛宣懷多隨侍在側。1884年中法兩國爆發戰爭，李鴻章上奏要求派盛宣懷署理天津海關道。天津海關是李鴻章辦洋務的主要參謀力量集中之地。在為盛宣懷的任命製造輿論時，李鴻章頗多“精明穩練”、“智慮周詳”、“洞悉症結”和“剛柔得中”等讚美之詞，且認為盛宣懷並非隻通洋務，對吏治也有才幹和經驗，是皇朝首都門戶所在的天津海關道的不二人選。
盛宣懷在帝國官僚體係中的上升勢頭不可謂不快。1879年署天津河間兵備道，1884年署天津海關道，1886年任山東登萊青兵備道兼煙台東海關監督，1892年調任天津海關道兼海關監督。1896年後更是扶搖直上，曆任太常寺少卿、大理寺少卿、辦理商務稅事大臣、工部左侍郎、郵傳部右侍郎、郵傳部尚書等職。外事與洋務既是盛宣懷的晉身之階，又是李鴻章在19世紀末權傾朝野的基石。
19世紀70年代，盛宣懷在湖北主辦煤鐵礦，李鴻章寄望甚殷，一方麵要求他徐緩圖進，不要貪功躁動。另一方麵，當盛宣懷發生動搖時，李鴻章立刻給盛宣懷寫信，點破事情的利害，湖北煤鐵礦的成敗利鈍關係到洋務大局；在舉世矚目的情形下，如果興辦不力，勢必為對洋務心懷不滿的官僚所笑話，並使洋務派大吏們在政治上陷於被動；李鴻章警告盛宣懷，湖北礦務是他北上為官的“立足之地”，不可不竭盡心力。
李鴻章既了解盛宣懷的才能，更希望他能在鞏固洋務派勢力的過程中有所作為。1884年，盛宣懷主掌輪船招商總局，李鴻章曾去信說，希望他將這個洋務標本“做成鐵板模樣”，使“來者確不可移”。
在信中，李鴻章說道，“至於寂寞身後之名，不知誰何之譽，一笑置之可耳”。這關於身後毀譽的猜測，是文人出身和自負道統的帝國官僚筆底常常可以看見的文句。但多年以後看來，顯然並非僅是李鴻章自我犧牲和自我陶醉的悲情意識的發酵，亦是互為知交的盟友之間的秘密談話。
盛宣懷畢生感念李鴻章的發現和提攜之功，他在給李鴻章的信中剖白自己說，“竭我生之精力，必當助我中堂辦成鐵礦、銀行、郵政、織布數事”；然而，對未來曆史的評價，盛宣懷似乎比李鴻章要樂觀，他謙恭地說，未來的曆史如果能將他的名字附列在李鴻章的後麵，得以傳世，自己就足慰平生了。也許是怕留名史冊的願望過於操切，他筆頭一掉，自嘲說，“中堂得無笑我言大而誇乎？職道每念督撫姓名得傳後世者幾人哉？遑論其下”。