光緒二年，美國旗昌輪船公司因在競爭中不堪賠累，首先告饒，有意轉讓。唐廷樞和徐潤等認為機不可失。徐潤親自到湖北去見正在武穴勘礦的盛宣懷。盛擔心收買旗昌後船多貨少，並增加洋商的競爭。當唐、徐對他的顧慮有所解釋後。他毅然特地趕到南京，向兩江總督沈葆楨請示。沈預料：“歸並洋行，為千百年來創見之事，必有起而議其後者。”但還是抱著消滅一個對手、轉弱為強的信念，籌撥巨款，定議收買。十一月與該公司訂約，以２２２萬兩收購旗昌全部輪船資產，使輪船招商局一下子就增加了１８艘商輪，與英商的太古、怡和輪船公司相比，有後來居上的氣象。
收購旗昌後，帶來了經濟問題。沈葆楨的預料不幸而言中，先後有清議派董浚翰、王先謙，兩江總督劉坤一等上奏攻擊，其矛頭指向李鴻章。收買旗昌一事，在督撫大員中先是由丁日昌發端的。當唐、徐、盛三人到煙台向李鴻章請示時，李很擔心“難籌巨款”而“躊躇未許”。後來盛宣懷請示沈葆楨，沈以籌款自任，由此定議。但一經定議後，李鴻章就堅決支持。他上奏說：“沈葆楨之識力宏毅，當機立斷，非臣所及，亦非中無定見而自作聰明者所及也。”另給唐、徐二人寫信進行鼓勵說：“旗昌輪船已定議歸並，從此經理得宜，……利權可漸收回，大局轉移，在此一舉。”
光緒三年（１８７７年），外界對招商局議論很多。十一月二十五日（１２月２９日），他奏上《整頓招商局事宜折》，說明，一、開辦５年，自置輪船１２隻，收買旗昌洋行，又添大小輪船１８隻，由於跌價競爭，以致收入不敷船用，間有停擱，準備將從旗昌洋行收買來的比較朽壞者拆料存儲，或變價歸還局本；二、自本年起，直隸、江蘇、浙江、江西、湖北、東海關等曆年撥存該局銀１９８。８萬兩，停息３年，從六年起，勻分５年還本，“以抒商力”；三、自光緒三年（１８７７年）七月起，盈餘銀兩暫緩分派，全數留局作為公股。附片又奏請將沿江沿海各省遇有海軍物資需要輪船裝運的，一律交給招商局承運；蘇浙海運漕米需分出四五成給招商局承運，其餘歸沙船裝載。
當然，李鴻章也知道批評招商局的人也是抓到了一些問題。因此，他指示盛宣懷等人對招商局進行整頓。十二月，盛宣懷呈上《整頓輪船招商局八條》，大致有“船舊應將保險利息攤折”；“商股應廣招徠”；“息項應盡數均攤”；“員董應輪流駐局經理”；“員董應酌量提給薪水”；“總帳應由駐局各員綜核蓋戳”等。基本貫徹了李鴻章的意圖。
李鴻章的權力畢竟是有限的。他根據唐廷樞和盛宣懷等人的意見，向總理衙門建議依照日本的作法，說：“近年日本創建三菱公司，亦仿西例，他國輪船公司隻準在通商口岸三處往來，惟三菱輪船任意於沿海攬載，計十有三處。即使三處洋商擠跌，尚有十處自家口岸彌補，法至善也。”為此，他要求中國也應準許招商局船隻可到非對外通商口岸裝卸貨物，強調這是“中國自主之權”，不必擔心“洋商援例瀆請”。卻遭到拒絕。一條與外國輪船競爭的有利途徑被堵死了。他不能不深感遺憾。
接著，光緒四年（１８７８年），赫德又以關心招商局的姿態，搞出一個《整頓招商局條陳》給總理衙門。李鴻章指示盛宣懷對此也發表意見。盛宣懷按照李鴻章的授意，很快地呈上一份《對赫德〈整頓招商局條陳〉之意見》。赫德建議成立一個新的股份有限公司，取代現在的，將招商局的產業按三折左右折價轉給新公司，以便作為洋商控製的買辦性的新公司。盛宣懷堅決不同意，指出：“該總稅務司所稱將現在局中各產折實估價，轉與新局一法，卻於新局大有裨益。蓋成本既輕，獲利自易。不知新局成本之輕，即舊局虧本之大。”他堅決主張要保衛舊局，並擬定了“次第挽回之法”。針對船舊獲利少的問題，他提出將能耗多的舊船陸續出售，購造新式輪船，分析說：“即以三十餘號之舊船，換成十餘號之新船，亦尚合算。”此議符合降低消耗，增加效益的原則。針對任用洋人管事的問題，他說，招商局成立之初原是戒洋人管事的，隻是收買旗昌以後，洋工作人員隨旗昌船產一起移來，且授以重權，給以高薪。故“急宜及早斥退，以符定章而免後悔”。針對任用私人的問題，他提議凡是局員的本家親屬，不論如何出眾，“均宜引嫌辭去”，不得以“某人得力為詞”；出局後如有與局為患者，“即惟某局員是問”。在領導體製上，他看到人們多是喜功畏過。為除借端推諉之弊，他提議總辦和會辦五人應分年輪駐滬局坐辦，調度一切，其餘四人為副，“庶利弊可互相興除，勤惰可互相規勸，盈虧亦可互相比較”。
在這個困難時期，李鴻章堅持“商為承辦，官為維持”的既定方針，在經濟上和政治上給予支持。通過這些措施，招商局到７０年代後期得以渡過難關，化虧為盈。至光緒七年（１８８１年），不僅招足了１００萬兩，而且仍有許多人欲購股票。股票價格由每股麵值１００兩售至２００兩，招商局決定再增募１００萬兩，又很快足額。
光緒十一年（１８８５年），中法戰爭期間，法艦封鎖長江，檢查商輪，並揚言要進攻江南製造局。江南人心惶惶，輪船招商局再次陷入困境。為了保護這一大筆財產，經馬建忠之手，將輪船招商局暫時出售給旗昌公司。戰後，由中國重新出資收回自辦。
光緒十一年（１８８５年），招商局重新製訂了章程，改為官督商辦。李鴻章劄委盛宣懷為督辦，馬建忠和謝家福為會辦。當時招商局經費很困難，李鴻章為了維持局務，定出四項辦法：輪船漕運回空時免納北洋三口出口稅的二成；裝運湖北帽合茶到天津，每百斤僅納出口正稅六錢，並免交複進口半稅；漕運水腳不再扣減。
招商局開辦以來一直歸李鴻章管理。他無微不至地維護著招商局，數十年如一日。
在工業化大辯論中，李鴻章之所以力言用洋法開采煤鐵，是有思想基礎的。
還在同治六年十二月初六日（１８６７年１２月３１日），李鴻章在湖廣總督任上，接到總署要求預籌修約的奏議。他在複議中，對其他事物尚比較保守，對於礦冶就表示了很積極的態度。他複奏說，據聞外國用機器方法開挖煤鐵，精巧“倍於”土法；如果任洋人選址開挖，須請地方官斟酌“有無違礙”，發賣時要“照章抽捐”；也可以由自己開挖，請洋人購造機器，準許洋人販運，也要由督撫妥善照章辦理。上述方法可以推廣於產鐵產銅地區。若洋人堅持請要開挖的，可以酌量雇用精通此術的洋匠，由官府督令試辦，以便充實軍需並且保護利權。
他轉為直隸總督後，就積極計劃用官督商辦的方式試行開采。同治十三年（１８７４年），李鴻章便派了天津道丁壽昌、上海江南製造局總辦馮俊光、天津機器局總辦吳毓蘭等籌辦直隸南部的磁州煤鐵礦，預計創辦費為３０萬兩，擬由滬、津兩局各墊１０萬兩，其餘１０餘萬兩設法招商集股。當年秋天，馮俊光派英國洋行商人安特生往英國訂購機器。
在因日本侵台而掀起的海防大討論中，“籌餉”是重點問題之一。已有不少高級官員提議開采礦藏作為開辟財源的措施。其中李鴻章呼聲最強，辦法最詳。中國礦藏豐富而不開采，卻常憂財源匱竭，“何異家有寶藏，封錮不啟，而坐愁饑寒？”他主張用西法自行開采，認為這樣可以使各新式機器局廠不再向外國購買煤鐵，既可防止利源外流，又可富國強兵，是“軍國之大利”。光緒元年（１８７５年）四月二十六日，清政府接受他們的意見，發布上諭：“開采煤鐵事宜，著照李鴻章、沈葆楨所請，先在磁州、台灣試辦，派員妥為經理；即有需用外國人之處，亦當權自我操，勿任彼族攙越。”
光緒元年（１８７５年）四月，他正式奏請在河北磁州試辦新式煤礦。但派人複勘時，發現該礦礦產不旺，而且離河道太遠，運輸不便，這項計劃隻好暫時放棄了。同年，他會同兩江總督沈葆楨、兼署湖廣總督的湖北巡撫翁同爵，開采廣濟縣陽城山煤礦和興國州鐵礦。他奏請派盛宣懷去辦理。李鴻章與翁氏共撥３０萬串製錢。光緒二年正月初七日（１８７６年２月１日）上諭批準。兩天後，即初九日，李鴻章一麵致書翁同爵，一麵叮囑勉勵盛宣懷： 開挖煤鐵之舉，既經廷旨允行，一切自無阻撓。惟係開創利便，易招謗忌，務望實心實力，廉正為本，精核為用，先處立於不敗之地，始終不移，庶幾可大可久。執事為中土開此風氣，誌願宏斯，勳名愈遠矣。
這是因為盛宣懷在此先用土法開采，半年內僅出煤２０噸，頗受清議派攻擊，所以李鴻章特地鼓勵他。後來還是因為礦苗不旺，經費難籌，另行招商接辦。
光緒三年十二月二十日（１８７７年２月２日），李鴻章又致書沈葆楨，談及在湖北武穴和江西樂平開辦煤礦。
光緒三年（１８７７年）七月，李鴻章奏請開辦張家口外科爾沁鉛礦。
還在上年的秋天，李鴻章聽說河北灤州開平鎮煤鐵礦都很旺，就派了候選道唐廷樞去勘測。唐廷樞帶了英國礦師馬立師前往開平實地考察，搜集第一手資料。唐廷樞認真地將考察結果寫成《勘察開平煤鐵礦務並條陳情形節略》，交給李鴻章。帶回煤鐵礦石塊樣品，分別寄往北京同文館和英國請化學師化驗，認為開采有把握。本年八月初三日（９月９日），唐廷樞根據化驗結果，又向李鴻章遞交《開采開平煤鐵並興辦鐵路》的條陳。九日，李鴻章批準唐廷樞的計劃。派前天津道丁壽昌和天津海關道黎兆棠與唐廷樞一起籌辦。叮囑他們與唐廷樞一起擬定設局招商的章程集資辦法，實行官督商辦。十二天後，唐廷樞製訂出１２條章程，定名為開平礦務局，招商集資８０萬兩，分作八千股，每股１００兩，此外將來生意興旺再招２０萬新股。聲明該局是官督商辦，但強調保護投資者利益，按買賣常規辦事。它雖規定入股者要注明姓名、籍貫，卻沒有說明外國人不能入股，為後來外國人控製開平股票造成了可乘之機。
李鴻章經過六七天的推敲，到了二十七日（１０月３日），認為這個章程“大致尚妥協”，隻在結尾處補充規定說：“機器製造局所用煤鐵，係屬因公，準免厘稅。唯月需若幹，亦應有定數。招商局載運煤鐵出口，不得與機器製造局比例，仍應照納厘稅，以示公允。”對開平所產煤鐵，機器局可享有優先購買權，並免納稅厘。而輪船招商局是官督商辦的民用企業，不能享用這個特權。 得到李鴻章的批準，唐廷樞於次年六月二十日（１８７８年７月１９日）偕英國礦師柏愛特等由滬抵開平。光緒四年六月二十七日（18７８年７月２５日）開平礦務局正式成立。開平礦務局是中國第一個大型礦務局，由唐廷樞任總辦。唐廷樞一麵派人招商集股，一麵再親赴各廠複勘。八月中旬，在英國訂購的鑽地機器運來。當年鑽探，得高煙煤六層，估計已足夠６０年使用。光緒五年，所購采煤機器也運到，開始用西法在開平西南１８裏的唐山采煤。為解決運輸問題，光緒六年（１８８０年）九月，唐廷樞向李鴻章提議興修水利，由蘆台鎮東起到胥各莊止，挖出一條７０裏的運煤河路，又由河頭築１５裏馬路直到礦區。
李鴻章同意這個計劃。唐廷樞向他說的是修一條“快車路”，用騾馬拖拉煤車在鐵路上跑。李鴻章在給朝廷的奏折上稱為“馬路”。我國最早的一條鐵路是用馬拉為動力的。這是為了防止被守舊派攻擊為機車震動山陵而采取的權宜辦法。但英國工程師金達已經用開礦機的舊鍋爐製成了一輛機車，命名為“中國火箭”號在該路上行駛了。不久就從英國購來一輛機車。
光緒七年，開平礦務局正式投產。外國人所辦的《北華捷報》預料數月內招商局的輪船，就可以在天津獲得所需的全部煤炭，開平礦所產的煤且將超過招商局所有的需要。”四月二十五日（５月２２日），李鴻章高興地上奏說：“從此中國兵商輪船及機器製造各局用煤，不致遠購於外洋，一旦有事，庶不為敵人所把持，亦可免利源之外泄，富強之基，此為嚆矢”；更推而廣之說，“開煤既旺，則煉鐵可以漸圖；開平局務振興，則他省人才亦必聞風興起，似於大局關係非淺。”他總是這樣著眼於全局，既然創辦一個礦務局，也自覺地領導著全國工業化的新潮流。
開平礦務局最初煤鐵並采，兼煉鋼鐵。後來，因為技術和資金問題，停止煉鐵，專采煤礦。唐廷樞又建議李鴻章仿照台灣和湖北的成例，減輕煤炭的出口稅。中國被迫對外開放的初期，受外國愚弄，進口稅輕，出口稅重，利於洋商而不利於華商。洋煤進口每噸僅五分，土煤出口納稅六錢七分二厘，再加上複進口半稅，合每噸一兩有餘。兩相比較，竟高出洋煤二十多倍。但台灣和湖北所出煤已因是采用西法開采而比照洋煤，實行減免，每噸僅納一錢。李鴻章看他說的很有道理。立即上奏，指出，中外稅則厚薄不一，使土煤難於暢銷，應該降低開平煤炭的稅額，此為“恤華商而敵洋煤”。獲得清政府批準。
開平礦的產量逐年上升。光緒七年（１８８１年）為１６００餘噸，八年（１８８２年）為３８０００餘噸，九年（１８８３年）為７５０００餘噸，十年（１８８４）為１２６０００噸，十一年（１８８５年）為１８７０００餘噸。十二年（１８８６年）為１８７６００餘噸，十三年（１８８７）為２２４０００餘噸，十五年為２４７０００餘噸，十六年至二十一年間平均每年達２５２０００噸餘。
開平煤礦的長足發展，有效地抵製了洋煤進口，部分地收回了國內市場。當時的進口洋煤主要是日本煤。在天津市場，光緒七年（１８８１年）進口洋煤１７０００餘噸，八年（１８８２年）減至５４００噸，九年（１８８３年）減至３７００餘噸，十年（１８８４年）減至１２００餘噸，十一年（１８８５年）減至５６０餘噸，十二（１８８６年）年減至３０１噸。
至光緒八年初，開平已經募足了１００萬兩股本，開平股票仍在市場上猛漲。光緒十五年，開平在上海又發行５０萬兩股票。從而開平礦務局的股本增至１５０萬兩。
李鴻章的預言變成了現實。開平礦務局的成功，引起了中國近代第一次投資辦礦的熱潮。光緒六年前後，一批地主、官僚、商人積極投資興辦各地煤礦和金屬礦。開辦者往往拉上官督商辦的旗號，尋求洋務派的支持。李鴻章對於這些人的熱情常常給予肯定，當他們遇到困難時，則給予相應的支持，有時則將辦無成效的廠礦兼並過來接辦下去。
在煤礦方麵，當時在安徽池州、湖北荊門、山東峰縣、廣西賀縣、直隸臨城、江蘇徐州利國驛和奉天的金州駱馬山等地，都有私人資本進行勘探和開采。其中安徽池州煤礦在增資過程中，依靠李鴻章的勢力，通過唐廷樞和徐潤調動大量資金而扭轉虧蝕局麵。
在山東峰縣煤礦，初創時期曾因李鴻章的關係，得到天津機器局的協助，訂購汲水機器，並從廣東、上海兩地雇請技師和工人進行開采。
在江蘇利國驛煤鐵礦，當其困難竭蹶之時，其主持人胡碧澄親自到北洋要求李鴻章“收全礦歸公，由海軍衙門大辦”。李鴻章電詢在上海輪船招商局任總辦的馬建忠能否派礦師到徐州勘查，而後由盛宣懷派經元善到徐州估價。經元善經過實地調查後，提出一份具體的建議書，稱為《上盛杏蓀觀察利國礦條陳》。 從光緒六年到甲午戰前，中國先後出現的金屬礦公司達２４家之多。其中，銅礦為８家，金礦６家，銀礦４家，鉛礦４家，鐵礦２家。這些礦有一個共同特點，大多數使用“官督商辦”形式，盡量和李鴻章的北洋拉關係，尋求保護。在山東平度金礦，初創時正值光緒九年（１８８３年）上海金融風潮剛過，集資十分困難，依靠借用官款才開辦起來，據說開辦資本中的１８萬兩官款是李鴻章從北洋撥來的。後來興辦招遠金礦時，資金中也有官款６萬多是從淮軍銀錢所借款的。
黑龍江漠河金礦是所有金屬礦中辦得最好的，與李鴻章的支持更有密切關係。光緒十二年（１８８６年）中國駐英俄公使劉瑞芬從國外獲悉帝俄正在集股，準備過江偷開漠河金礦。黑龍江將軍恭鏜奏請籌設漠河金礦，以杜俄人覬覦。朝廷令李鴻章“選派熟悉幹員，迅往黑龍江隨同恭鏜認真勘辦”。光緒十二年，李鴻章派吉林候補知府李金鏞前去勘測辦理。他向朝廷保證說：“李金鏞血性忠勇，不避艱險，向本隨臣辦事，經前吉林將軍銘安奏請辦琿春墾務，兼理中俄交涉事件，先後將及１０年，邊情最為熟悉。”李金鏞不但有辦礦經驗，而且與沙俄分子辦過交涉，熟悉當地情形。
李金鏞不負委任，深入實地進行調查，並帶回礦石樣品，進行化驗，證明其成分與美國舊金山的金礦相埒，是一座很有開發價值的優良礦山。他認真地擬訂了《籌議黑龍江金廠公司章程十六條》，規定共集股金２０萬餘兩，按資本主義經營方式進行管理，實行官督商辦製度。而後他奔走於上海、天津、煙台、黑龍江之間，籌集股金，購辦機器。最初所募股金不到３萬兩，於是，李鴻章給他向天津商人擔保，借到天津商人銀１０萬兩。黑龍江將軍恭鏜又借給官款３萬兩，作為開辦資本。光緒十三年十二月初五日（１８８８年１月１７日），經李鴻章上奏獲準，正式成立官督商辦的漠河金礦公司（又稱黑龍江金廠或漠河礦務局）。光緒十四年（１８８８年）冬設廠開工，實行礦牧並舉，成效顯著。經常有礦工二三千人。到十六年（１８９０年）冬，共出金接近４萬兩。李金鏞於光緒十六年九月初四日，積勞病死。李鴻章奏派袁大化接辦漠河金礦。此後，產量持續上升，十七年產２００００兩，光緒十八年（１８９２年）產１５０００兩，光緒十九年（１８９３年）１００００兩，光緒二十年（１８９４年）產２８０００兩，到光緒二十一年（１８９５年），產出５００００兩金。此礦對國家的貢獻也十分可觀，從首次產出到光緒二十一年總共向朝廷“報效“達８５００００兩之多。既達到興利目的，又鞏固了邊疆。如果沒有李鴻章的大力支持和關心，漠河金礦既辦不起來，也不能發展下去。