1854年11月，容閎回國，誌在“予既受此文明之教育，則當使後予之人，亦享此同等之利益”。原來他日後名垂青史的“幼童留美計劃”，一出校門就揣在懷裏。但此後十年，這事兒他提都沒提過。
因為他首先要謀生。先給洋人當秘書，再赴香港做譯員，三在海關充職員，加起來不到一年，三個職業，全都辭了。容閎自責：“長此見異思遷，事業或如幻影。”於是改做茶葉生意，就是茶葉販子，將甲地的低價茶，到乙地高價販賣，不料又遭遇土匪，“神經受到震動”，得了重病，治了兩個月才見好。不禁幡然悔悟：“我誌在維新中國，自宜大處落墨。要是讓土匪給宰了，豈不輕如鴻毛。整天為賺幾個茶葉錢奔走於途，我的大事業豈非如水中撈月。”
忽有一日，友人傳話，說駐軍安慶的湘軍領袖曾國藩要召見他。容閎問：曾國藩找我做什麼？友人說，當今之世，舉凡全國人才之精華，如法律、算學、天文、機器等專家，全都彙聚曾國藩總督幕府，如今已有百人之多。
容閎問：要我去做什麼？友人說，總督想建造一家洋機器廠，知道你曾留學美國，想派你去美國考察洋人工廠，采購洋人機器，以為我用。容閎明白：他的幼童留美計劃，此次拜謁曾國藩，還是不能提，他要在官場立足，必須“首先能恰合總督之意見”。容閎於是欣然接受曾國藩的派遣，再次赴美，辦完采購機器之事回國，官授五品，已是1865年春，距他留學回國，過了11年。
容閎沒想到，做了五品官，還是不能直接對朝廷說話，在大清政府，隻有官居四品以上，才有奏事權。容閎就想方設法，與江蘇巡撫丁日昌交上朋友，請他把一道奏請幼童留美的條陳，呈上朝廷。丁日昌說，朝中沒人幫你，上折子也淹了。於是先把折子轉呈有“開明派首領”之稱的大學士文祥。沒想到，文祥恰逢“丁憂”，就是父母死了，當官的兒子要卸職回鄉服喪。那就等他複職後再說吧。盼星星，盼月亮，3個月後，又來了消息：文祥也死了。容閎“心灰意冷，希望滅絕”。
這樣一晃又是6年。真是否極泰來，1870年春，一天晚上，容閎已睡了，丁日昌卻徑入其室，喚醒容閎：“幼童留美的事情，曾公已奏上朝廷。”容閎大喜過望，“喜而不寐，整夜睜著眼，好像夜鷹”。
3年前，丁日昌便將容閎的幼童留美建議向曾國藩做過彙報，曾國藩說“再等等”。他等什麼呢？原來，中美兩國雖有外交，官派留學，卻無條約依據。不料，一個美國人把這個條約給弄出來了。美國駐華公使蒲安臣，任期屆滿後，清廷請他出任中國出使歐美各國使臣。蒲安臣於是代表清朝政府與美國簽訂了《蒲安臣條約》。條約第七款：“兩國人民均可入對方官學，並受優惠待遇；雙方得在對方設立學堂。”這一規定為中國派遣留學生赴美學習提供了法律根據。中美雙方批準條約換文的時間是1869年11月23日。曾國藩在3個月後便將派遣學生留美之事奏上朝廷，“可謂速矣”。慈禧皇太後批複：“依議欽此！”
1872年夏，容閎組織第一批留美幼童30人渡洋赴美，中國留學史大幕開啟，曾國藩卻不幸於一年前的1871年冬去世。容閎坦言：曾公未見其手植桃李開花結果，未見其手創事業欣欣向榮，實為大憾，“然創業之人，既播種子於世，則其人雖逝，而種子已滋生繁殖，綿綿不絕”。容閎此言，實以曾國藩為“中國留學生之父”，時人允為公論。如今榮膺此銜者卻隻有容閎一人，所謂曆史蓋棺之論，真不知從何說起。
在這些中國最早的一批留學生中，很多人都進入哈佛大學、耶魯大學、哥倫比亞大學、麻省理工學院等美國著名學府。他們的成就見證了容閎的曆史眼光，也成為了他對祖國母親最好的報答。
1912年容閎逝世於美國，終年84歲，彌留之際，他牽掛的依然是祖國的繁榮富強，還勸身邊兩個孩子回到中國去。美國《紐約時報》等報刊評價說“他從頭到腳，身上每一根神經纖維都是愛國的……”
1876年耶魯授予容閎法學博士學位。他的畫像懸掛在耶魯校園與同樣畢業於該校的布什、克林頓等政界名人肖像並排一起受學生瞻仰。