這時，美國物價上漲，原定經費不夠了，又有人要求停止留學。李鴻章明確上奏說“此舉為造就人才，漸圖自強至計，關係甚大”“斷無惜費中止之理”。他給增加經費28.98萬兩，又一次保護了這次留學。
後來陳蘭彬專任駐美公使，留美監督改由區諤良接任。區氏三年任滿，容增祥繼任。容氏之後，陳蘭彬推薦吳嘉善（字子登）接任。吳是翰林出身，大擺官僚架子，因學生對他沒有叩頭而大為不滿，又看到學生喜歡美國式的運動和遊戲，也有參加社團活動的，便認為留學生“變而從夷”了，想把留學生都撤回國去。李鴻章聽說後，立即電告他不要急於帶這些幼童回國。
可是吳嘉善並不聽。他經過一番所謂的“整頓”以後，得出結論，並請駐美公使陳蘭彬轉報清政府說：“外洋風俗，流弊多端，各學生腹少儒書，德性未堅，尚未究彼技能，實易沾其惡習”，認為“極應將局裁撤。”
容閎一直擔任留學生副監督。他認為學生們的變化很正常，不像封建知識分子那樣死讀書，喜歡運動，正是活潑向上的表現。正因為他總是保護學生，所以與吳嘉善格格不入。聽說要將留學生撤回國，他堅決反對。
不幸的是，這時美國又掀起了排華浪潮，對中國留學生也不再歡迎。容閎以副公使兼留學生副監督的身分向美國國務院遞交一份公文，要求安排數名中國留學生進入美國海陸軍院校學習，遭到拒絕。
容閎反對將留學生撤回。他又找到美國各大學校長，請他們出麵挽留。李鴻章收到了美國前總統格蘭特的信，駐華公使安吉立也抄寄美國大學校長公函，述說學生均已頗有長進，中途撤回，實在可惜。
於是李鴻章在二月三十日（4月5日）答複總理衙門說：吳嘉善、陳蘭彬都與容閎不和，應該調合他們的關係，勒令他們合作；如果實在需要撤回學生，可將已入美國大學者留下讓他們畢業，其餘人中，聰明可造就的酌情留下若幹，剩下的逐漸裁撤，但必須事先通盤核算，究竟能節省多少？
李鴻章的主意好似主張半裁半撤。其實，這是委婉之言，也是當時官場慣用的手法。他是在說，讓那些還可以造就的繼續學習，隻把不堪造就的撤回來，但還要先核算一下究竟這樣能節省多少錢。其實，既不全撤，所節經費必然有限。
朝內害怕留學生洋化的守舊勢力太大。正好又有一個禦史主張利用這件事對美國排斥華工給以報複。
光緒七年五月十二日（1881年6月8日），總理衙門奕等奏請將留美學生全撤回來。二十三日，奉旨批準。吳嘉善（子登）怕再有變化，沒有通知李鴻章，急忙將留學生分三批撤回，然後才去見李鴻章。李鴻章大怒。因為這批學生中已經有60多人在大學學習了，過五六年學業完成後，再回來會對國家有更大貢獻。李鴻章在盛怒之下，把吳逐出門，永遠不許吳氏再來見麵。
過後，容閎回國來見李鴻章。李仍餘氣未消，責難說：“汝何亦任學生歸回乎？”容閎感到冤枉。當總署最後決定召回留學生時，根本沒有通過容閎。李鴻章的這種盛怒之下遷怒於他人的作法在封建官僚中是常見的，但對於容閎這樣多年受資產階級教育的歸國留學生，卻是難於理解的。因此，自此以後，容閎對李鴻章印象極壞。
首次留美雖然失敗了，但李鴻章又積極開展了對歐留學。
光緒二年三月，李鴻章在淮軍中挑選了卞長勝、王德勝等七名青年軍官到德國留學陸軍。他們由在淮軍裏任教官的德國軍軍官李勱協帶領赴德。
李勱協性情乖和，反複無常，不認真安排學生的留學事務，他原說待學生粗習德語後就可以送入軍事院校學習三年，實際上他把這七個人送到德兵營裏學習陸軍操法。幾個月後又把對他有意見的三個人弄到一個工廠裏去學習木工、鐵工、繪圖、照相等“雜技”。卞長勝等與他發生衝突，後來被先遣送回國兩人。其餘的五人繼續學習德國的陸軍兵操，對德國的陸軍軍製有所了解。 這是中國第一次派人留德，沒有取得明顯的成績。李鴻章從中得到一個教訓，就是派遣留學生，一定要派遣可靠的人作留學生監督。此後，他因建設新式兵種海軍的需要，把眼光注意於海軍留學。
擔任福州船政大臣的沈葆楨首先倡議海軍留學。沈葆楨曾因奏設在科舉考試中加入算學科目被申斥，特地拉李鴻章為他壯大力量。他們在奏折中說：近來中國雖已能製造輪船，但“止能循規蹈矩，不能繼長增高。即使訪詢新式，孜孜效法，數年而後，西人別出新奇，中國又成故步，所謂隨人作計，終後人也。若不前赴西廠觀摩考索，終難探製作之源。至如駕駛之法，近日華員亦能自行管駕，涉曆風濤；惟測量天文、沙線。遇風保險等，仍未得其深際。其駕駛鐵甲兵船於大洋狂風巨浪中，布陣應敵，離合變化之奇，華員皆未經見。自非目接身親，斷難窺其秘鑰。”光緒二年十一月二十九日（1877年1月13日）正式向朝廷遞上此折。
與此同時，李鴻章去向英法公使接洽。英國公使威妥瑪和法國公使白來尼都向他們本國政府作了接收的安排。當新任船政大臣吳讚誠上任的時候，李鴻章告訴他留學已成“不可中止之勢”。得到朝廷批準後，他們就開始作派遣的準備工作，製訂一項有10款的留學章程，選擇留學監督，並確定留學的目標為造就世界第一流的“良將”和“良工”。當時認為，世界海軍力量以英國為最強。造船技術以法國為最強，因此，派海軍駕駛留學生去英國留學，造船留學生去法國留學。
三年二月十七日（1877年3月31日），駕駛留學生12人，造船留學生14人，另有藝徒留學生4人和馬建忠、陳委同、羅逢祿3人以隨員身分，一同從福州登上中國自製的輪船“濟安”號，到歐洲去學習能使中國“自強”的“長技”。他們在香港換乘歐輪。冬天，又有5名藝徒留學生被派去一起學習。三年後，這批留學生陸續學成歸國。
當第一批留學生歸國在即時，李鴻章又和沈葆楨上折要求派出第二批。當時最大的問題是財政困窘。那麼，是不是可以讓歸國留學生任教，就不要再派新的留學生了呢？他們分析說：“西學精益求精，原無止境”，如果我們不再派出留學，勢必“彼已得魚忘筌，我尚刻舟求劍，守其一得，何異廢於半途。”光緒五年九月二十日（1879年11月3日），他們果斷地呈上《閩省出洋生徒請予蟬聯折》，經上諭批準後，於光緒八年（1882年）初，船政局的10名學生又出國了。與第一屆不同的是，這一屆海軍留學生中不僅有留學英法的，還有留學德國的；在學習工程製造的留學生中，隻有一二名是學習製造輪船的，其餘都是學習武器製造的。這說明留學的國度和留學的內容都拓寬了。
但是，新式學生常常被守舊人士看不慣，尤其留學生，在外國學習，很自然地會受到一些外洋風氣的影響。有位禦史朱一新於是主張“永停出洋留學，以免沾染夷風”。
禦史是專管糾偏的。中國首次赴美的留學就由於有人指責“沾染洋習”而被勒令中途撤回。李鴻章一聽說朱一新上奏了，趕緊也上折子保護留學，說： 日本蕞爾小邦，歲遣聰穎子弟數百人分赴西國學藝，近年水師整練，頗與西人抗行。中國欲求自強而自封其途，此陋儒一孔之見也。
在他的堅持下，光緒十二年（1886年）三月，又派出了第三批海軍留學生。這一次是李鴻章與新任船政大臣裴蔭森聯合奏請的。與前兩次不同的是，這次所派出的33名中，有了北洋係統的學生9人，南洋係統為24人。這是因為李鴻章一手經營的北洋水師學堂已經有了畢業生可派。值得注意的還有，這些留學生除學習海軍駕駛和製造等科技專業外，又有9人是學習外交交涉、法律和語言文字等專業的。
光緒十七年（1891年），第三批留學生歸國時，李鴻章與新任閩浙總督卞寶第發生爭執。因為卞兼管船政，主張第四批留學生要多派福州船政學堂的畢業生；李鴻章堅決反對，寫信說：出國留學的人應該有一定的訓練基礎，而福建水師的教練船廢棄已久，北洋則現有兩條練船，可供派出留學的人有不少。就在他們為自己本派係爭奪留學權利不可開交時，第四批留學沒能及時派出，就爆發了甲午戰爭。
他對中央的外交決策經常施加影響。可以說，他是總理衙門處理對外事務的實際頭腦。
清廷於同治五年以後，陸續派出一些臨時性的使節到各有外交關係的國家辦事。
李鴻章看到西方各國都有常駐公使在訂約國內，認為中國也應如此。同治十年，與日本初議條約時，李就與曾國藩奏請派使者駐日，但沒有結果。
光緒十三年，日本侵台事件發生後，李鴻章上奏說：“自來備邊馭夷，將才、使才二者不可偏廢。”當今各國互派使者，既聯外交，又探外情。我國現在台事粗定，派使的事件再也不應該拖下去了。不但派去公使，還要向橫濱、箱根、長崎各處派總理事官（即今總領事）。即歐美各大國，也應派去使者，增進中外了解，“可漸杜駐華公使蒙蔽要挾之弊”。光緒元年七月十日（1875年8月10日），他為了保護華工的事，又要求清廷向古巴、秘魯派駐使臣，都未能實行。光緒二年，發生馬加理事件。英國作為要挾中國，提出派公使一事。總署恐怕派去使臣正好被英國增加挾製的機會，征求李鴻章意見。李鴻章於七月十三日（1876年8月31日）答複恭王： 派遣使臣赴英，鈞意須此案了結，以免多方刁難，洵為卓見。惟該使持之過急，或可先允酌派。俟派定有人，料理啟程，當已在滇案結後，亦無慮使臣到英，或被刁難。
根據李鴻章的意見，七月二十八日（9月15日），總署奏請派候補侍郎郭嵩燾和候補道許鈴身為出使英國正副欽差大臣。這是中國第一次向國外派遣常駐使節。事實上，遲至次年十月才離國赴英。那時，副使已經換了劉錫鴻。
郭嵩燾是李鴻章的老朋友。郭的隨員有黎庶昌，是李在曾國藩幕府中的老同事，還有英國人馬格裏，是跟隨他十幾年的洋部下，熟悉中英兩國情形。當初他推薦說：“馬格裏久寓金陵候信，威使（英公使）屢稱其能，弟亦夙知其忠厚可用，去取悉聽尊裁。”“遠適異國，問禁問俗，竊謂帶一二土著，亦無不宜，但須擇馴良者而遣之。”所謂土著就是指馬格裏。
郭嵩燾到英國後，經常給李鴻章來信，傾談旅英觀感和治國主張。他後來因為把自己的出使觀感著為《使西紀程》，如實地反映了西方國家的先進，受到守舊人士的大肆攻擊。湖南的士大夫表示恥於與他為伍。還有一副對聯說的更挖苦：
出乎其類，拔乎其萃，不容於堯舜之世；
未能事人，焉能事鬼，何必去父母之邦。
李鴻章很為他打抱不平。在給周家楣信中說：
筠仙雖有呆氣，而洋務確有見地。不謂叢謗如此之甚！若達官貴人皆引以為鑒戒，中土必無振興之期，日後更無自存之法，可為寒心！
郭嵩燾的副手劉錫鴻是個保守派官僚，不斷地攻擊郭嵩燾。二人已到了不能在一起工作的地步。後來，劉錫鴻調任駐德公使，仍然互相攻擊。李鴻章在光緒四年五月二十一日（1878年6月21日）曾函告總署，述說劉在德不受歡迎：“德國新聞紙常於劉京卿有微詞，京卿亦常托病不出。……雲生（劉錫鴻字）誌氣非不要好，而性情暴戾，意氣用事，曆練太淺。”六月十一日（7月10日），又有一函說：“雲生在德，不甚見禮於當路……將來勢必撤換。”
他在光緒四年二月十二日（1878年3月13日）就已經給同時兼任軍機和總署兩個大臣的沈桂芬去了信，推薦李鳳苞：“李丹崖用心微密，加以曆練，定為一國專對之選。”
七月，清廷果然發表李鳳苞為駐德使臣，取代劉錫鴻。
郭嵩燾在不能安於位的情況下，致函李鴻章，薦曾紀澤自代。李鴻章先是勸他不要言退，後來看郭退誌甚堅，便向總署推薦曾紀澤，說他本來就是一個“使才”。