同治四年（1865年）六月，曾國藩、李鴻章在安慶內軍械所和上海、蘇州洋炮局的物力、人力和技術經驗的基礎上，收買了美國人在上海虹口地區創辦的旗記鐵廠一座，又將容閎從美國購買的“製器之器”一並歸入，正式成立“江南機器製造總局”，簡稱“江南製造局”、“上海製造局”、“滬局”。該局由原旗記工廠主科爾任製造技術指導，其一切事宜最初由上海海關道日昌督察籌劃，後又任命湖北補用道沈保靖督辦。創辦經費約用銀二十餘萬兩。同治六年（1867年）江南製造局因廠地狹窄，由虹口移至上海城南高昌廟鎮，進行擴建，到光緒十九年（1893年），共建成工廠15個，增設方言館、炮隊營、工程處、翻譯館各一個及各種附設機構十多個。建置經費先後用銀200萬兩。江南製造局從事軍火生產、輪船修造、機器製造、科技書籍的翻譯和培養外語人才。所製造的槍炮、彈藥，供應南北駐軍，“遍及全國，共達七八十個單位”（主要是湘、淮軍）。同治四年（1865年），李鴻章將由馬格裏主辦的蘇州洋炮局移設南京雨花台，擴建為金陵製造局，簡稱“寧局”，主要生產槍、炮、子彈和軍用物資。到80年代上半期，已有工廠十餘座，用銀約五十餘萬兩，所造之槍炮彈藥主要供應南北洋駐軍。同治五年（1866年），左宗棠在福州創辦船政局，後由沈葆楨接辦。船政局由鐵廠、船廠和學堂三部分組成。初由法國人日意格和德克碑任正副監督，雇用工人1700至2000人。原計劃五年內造船16艘，創辦經費約40餘萬兩銀，每月造船經費53兩銀。同治八年（1869年）開始生產，到同治十三年（1874年）共造船15艘，這時船政局共有工廠16座，船台3座，先後用銀達135萬兩。光緒元年（1875年）船政局由藝局學生主持接辦，開始仿造舊式木船。從光緒二年（1876年）起，造七百五十匹馬力的新式機器鐵脅輪船，光緒七年（1881年）為南洋水師造三艘2400匹馬力、排水量為2200噸的巡洋快船。同治六年（1867年），恭辛王奕奏準，由三口通商大臣崇厚在天津辦“天津軍火機器局”，同治九年（1870年）由直隸總督李鴻章接辦，改稱天津機器製造局，簡稱“津局”。不久，李鴻章將洋總辦密妥士免職，另委沈保靖為總辦。天津機器局主要生產火藥、槍炮、子彈，供應淮軍和直隸用練軍。到80年代上半期，先後共用銀110餘萬兩。
在同一時期內，各地還設立許多軍火工廠，“唯一省仿造，究不能敷各省之用”，到光緒十年（1884年）為止，清政府先後設廠局20所，除江南製造局停辦外，其餘19所分布在全國十二個省區。從六十到九十年代的30多年中，洋務派創辦軍事工業，共用銀4500萬兩，均由國庫支出；所有局廠一律歸官辦；生產的槍炮彈藥和輪船均由清政府調撥發給湘、淮軍和沿海各省使用；每個廠局均有成群的官吏，機構龐大，洋務派創辦洋務首先聘請洋員。
在洋務運動中，洋務派也籌建新式海軍。鹹豐十一年（1861年），恭親王奕請英人“協助購買歐洲造戰艦”。同治元年（1862年），兩廣總督蘇崇光與英人議定，向英國購買兵船。同治二年（1863年），一支包括大小船隻八艘的艦隊，由英國海軍軍官率領到達上海，由於英國人強奪中國海軍的指揮權，清政府拒絕接受，這支艦隊被遣散。清政府先後用銀160餘萬兩的籌建海軍活動失敗。同治五年（1866年），清政府批準了左宗棠的“設局監造輪船”的建議，決定江南製造局、福州船政局各以造船為重點，仿照西方，製造兵船，以裝備海軍。同治十年（1871年），兩廠分別造出“惠吉”、“測海”、“操江”、“萬年青”、“福星”等兵船數艘。同治十三年（1874年），丁日昌提議建立北洋、東洋、南洋三支水師。光緒元年（1875年），由兩江總督沈葆楨、直隸總督李鴻章等人倡議，經總理衙門準，撥銀四百萬兩，作為籌辦海軍軍費，準備在十年內建成南、北、粵洋三支海軍，後由於財力有限，決定“先就北洋創設水師一軍”，沈葆楨死後，海軍大權集於李鴻章一身，他在天津設水師營務處，佃理海軍事務；又於光緒六年（1880年）在天津設立水師學堂，訓練北洋係海軍軍官。同時又用銀300萬兩，從德國購買“定遠”、“鎮遠”兩隻鐵甲艦。光緒七年（1881年），李鴻章派丁汝昌統領北洋海軍。光緒十年（1884年），三洋海軍初具規模，南洋海軍約有軍艦19艘、北洋海軍約有軍艦15艘、福建海軍約有軍艦11艘。光緒十年（1884年）六月，中法戰爭爆發，八月，法國遠東艦隊擊毀了福建海軍全部艦船，並摧毀福州船政局，南洋海軍也受到損失，隻有李鴻章的北洋海軍保存了實力。李鴻章又向英國訂購了“致遠”、“靖遠”和從德國購進“經遠”、“來遠”等艦，北洋海軍實力增強。在這前後，李鴻章又修建了大沽、旅順船塢，為修理鐵甲艦之用。光緒十四年（1888年），北洋海軍正式成軍，丁汝昌任海軍提督，擁有軍艦22艘。軍事訓練由英、德國人操縱。光緒二十年（1894年），北洋海軍在中日甲午戰爭中全軍覆滅，結束了北洋海軍的曆史。