1883年春，李鴻章回合肥葬親。法國侵略越南，中法關係驟然緊張。清政府命李鴻章駐上海，統籌全局，盛宣懷參與機宜。7月，李鴻章回直隸總督署本任，盛宣懷隨同抵天津。李鴻章計劃興辦海軍，盛宣懷繕具條陳，得到讚許。兩廣總督張樹聲奏調盛宣懷赴廣東辦理沙麵案件，閩浙總督何璟、福建巡撫張兆棟奏調盛宣懷赴福建重用，李鴻章上《奏留盛宣懷片》，稱盛宣懷精明穩練，智慮周詳，於交涉重大事件，洞悉症結，是以經辦數事，剛柔得中，不為撓屈，曆著成效。今之熟悉洋務者，往往於吏治、民生易生隔閡，究之洋務與吏治，不應分為兩途，盛宣懷施措鹹宜，經權悉協。李鴻章曾保薦他堪勝關道，兼備使才，如試以通商繁劇之地，曆練數年，當能宏濟艱難，緩急可恃。盛宣懷認為李鴻章是他畢生第一知己，更加感激自勵。5月，李鴻章奏準盛宣懷署理津海關道。海關道任內，盛宣懷挪金州礦款以濟閩、粵電線之急，部議為辦理含混，鋪張失實，科以降級調用處分。左宗棠初入軍機，正奏保盛宣懷才堪大用，乃再請查明妥議。李鴻章、曾國荃奉命複查，為盛宣懷辯解，改為降二級留任。
1885年7月，盛宣懷總理電線成績卓著，李鴻章奏請獎勵，以海關道記名簡放。盛宣懷請將招商局運漕水腳照沙寧船一律，並準回空貨船免稅，經李鴻章、曾國荃奏準分別依行。翌年6月，授山東登萊青兵備道，兼東海關監督。
1888年7月，駐天津法國領事林椿奉其政府命令，至煙台與盛宣懷談判雲南、廣東邊界與越南北圻接線事件，10月，訂立條約，經李鴻章奏準。
1891年5月，因倡捐勸賑，賞頭品頂戴。
1892年，調任天津海關道，兼津海關監督，前後到煙台同法國駐天津領事林椿談判滇、粵邊界與越南北圻接線事件，訂立條約；赴上海為招商局與怡和、太古訂立齊價合同；在被焚的上海織布局原址設立華盛總廠，又勸告華商分設大純、裕源、裕晉等紡織廠，李鴻章奏請以盛宣懷為督辦。
1894年，日本侵略朝鮮。盛宣懷曾建議仿歐洲瑞士之例，由數大國公同保護朝鮮，格於清議，未被采納。他曾屢次要求起用宿將劉銘傳，清廷初不以為然，事急召之，劉不出。還曾要求募德國軍官，訓練新軍；購買快船，協助海軍。盛宣懷奉委辦理東征轉運，有人參劾他采辦兵米，侵蝕浮冒。李鴻章查複奏稱，前敵軍米奏明飭由直隸按察使周馥、道員袁世凱就近在遼寧采辦，無從浮冒，至天津招商局北棧被火所毀，商米、雜貨，均係客商存件，並無官米在內，盛宣懷無從侵蝕。在平壤戰役中，盛宣懷五弟盛星懷陣亡，盛宣懷憂勞憤激，一病幾殆。
1895年4月，《馬關條約》簽訂，盛宣懷以宿疾頻作，未老先衰，陰有退誌，屢請開缺，不準。後在天津創辦頭等學堂、二等學堂，即北洋大學堂。
1896年2月，劉坤一招盛宣懷至南京，商議新政條陳。隨後張之洞約往湖北，商議鐵路、鐵廠等事。遂奏準由盛宣懷接辦湖北漢陽鐵廠，任鐵路總公司。9月13日，光緒帝召見盛宣懷，談修築鐵路、練兵、理財、育兒等事。光緒帝傾聽動容，說諸臣皆不知之，患在因循耳。次日，即命直隸津海關道盛宣懷開缺，以四品京堂候補，督辦鐵路總公司事務，補授太常卿。同年臘月，鐵路總公司成立於上海，奏明先造盧漢幹路，其餘蘇滬、粵漢次第開造，不再另設公司。次年12月，調大理寺少卿。