曾國藩任直隸總督隻有一年多的時間，在他的努力下，直隸的吏治已開始好轉。而他為清理積案所用的《直隸清訟事宜十條》及《直隸清訟限期功過章程》對後世發生了深遠的影響。因為這兩個文件表現了相當大的具體性、可行性和可操作性，清朝統治者非常重視，不久就命印行頒發各省，以便參照執行。以後曾多次命令印行。直到二十世紀初，清廷還將這兩份文件頒發各省，為清理積案作參考。
四、興修水利，防杜河患
直隸處於華北平原北端，這裏是中華文明最早的發祥地之一，這裏的山山水水養育了我們的祖先。但是在清代，這裏又是水旱災害最常發生最為嚴重的省份之一。因為直隸毗連京師，水旱災害所造成的民生和社會問題又與清朝的統治是否穩固密切相關，所以清朝統治者對直隸的水利工程比較其他地方要格外重視，常常不惜動用巨資整修。但是從鹹豐初年直到曾國藩任直隸總督之前，因為連年的戰爭，包括內戰以及與英法聯軍的戰爭，耗盡了政府甚至民間的財力，對水利工程的修建實在是有些力不從心。現在戰爭已經基本結束，該是治理多年為患的水旱災害特別是水災的時候了。這也是曾國藩上任前奏報的直隸應辦的三件大事中的一件。
作為北方省份，直隸的水旱災害有它的特點。這時雨水稀少，十年九旱，但是一旦有較大的雨又會造成洪水肆虐。直隸的河流與黃河的情況非常接近，由於生態環境的破壞，河水攜帶大量泥沙，日複一日，年複一年，河床常常比堤外的民田和平地還要高，變成了象黃河一樣的“地上河”。一遇大水，河水或者漫溢而出，或者衝垮堤壩，造成巨大的災害。最讓人氣餒、棘手的是，在同一個時間，直隸一省竟又有的地方大水成災，有的地方大旱為害。曾國藩上任的時候，就是這種情況。
據曾國藩的分析，直隸共有九條大河，發生水患主要有兩條河，北麵是永定河，南麵是滹沱河。永定河發水的時候，河水常向南竄入大清河，導致新城、安州、雄縣等地受災。滹沱河發水的時候，會向北改道，導致深州、饒陽、任邱、文安等地受災。水旱災害幾乎年年都有。就在同治七年也就是曾國藩上任的上一年，永定河於三月、七月兩次多處決口，滹沱河也向北改道。據曾國藩自己的研究，僅在巨鹿縣境內，自清代順治到乾隆年間，一百餘年的時間，滹沱河已經遷徙25次。一個縣已經如此，整個流域可想而知。朝廷也很重視治理直隸的水患，特別是永定河，由於靠近京師，朝廷特設永定河道（大略相當於現在的廳、司級或地區級）負責該河的治理。
如何對付這日益嚴重的水旱災害？在當時的技術、交通以及財力條件下，有時簡直是束手無策。 盡管如此，人們還是勉為其難，盡自己的一切力量來減少災害。所以人們一麵祭拜水神，希圖神靈保佑，一麵卻又盡一切力量興修水利工程。水旱災害是否治理得好，甚至與王朝興亡等政治變動有相當大的關係。中國五千年的文明史，某種程度上也可以說就是與自然災害鬥爭的曆史。 前麵說過，曾國藩上任途中首先順路視察了永定河。他首先到灰壩地方查看減河。所謂減河，類似我們今天說的溢洪道，當正河水位過高時，可以把水泄到減河中，以防止洪水衝垮堤壩。但是曾國藩看到的是，由於泥沙淤積，正河河床已經高出減河之堤，造成河水不從正河走，反而在本來以備萬一的減河中流淌。接著又查看去年決口的地方，其中一處去年決口一百五十餘丈，相當於500多米，上年冬天修複了七十餘丈，其餘的要趕在雨季來臨之前修好。上麵所述，都是曾國藩第一天看到的情形，此後四天他都是連續查看河工。幾天下來，除了疲倦外，曾國藩已經深深感到了永定河修複工程的難度。
曾國藩原當京官的時候，對治水問題是曾經研究過的，現在經過實地考察，再與官員們研究，曾國藩製定了一個方案：第一，加固堤壩，現在由主持河工的官員們在做，但是有許多地方不能令人滿意，曾國藩在視察中甚至覺得有的地方的工程馬虎得就象是兒戲，令他十分生氣。所以加固堤壩必須加緊進行。第二，作為根本的措施，曾國藩決定疏浚河道，這是傳說中的大禹就曾應用過的辦法。視察中，他看到許多地方泥沙已經在河床中積成了小山，使河道又窄又高，這樣堤壩再高再堅固也禁不住河水的衝刷。曾國藩計算，每年除雨季及冬天土凍不易施工外，尚有五個月的少雨季節，或叫旱季，可以施工疏浚河道。疏浚一段就少一段危險。但是這需要時間、毅力和經費。曾國藩打算先試辦一、二處，見效之後，再全麵推廣。在上任途中視察時，他已經命將河中最影響河水流通的部分淤塞段疏浚，並追加經費。除以上兩點外，目前最急的，是要趕緊把去年決口的地方修複。幾處決口的修複，需要銀兩十一萬兩，由此可見河工需用經費的浩大。
實際上，若要從根本上杜絕水患，除了河道河堤工程外，還須保持好上遊的植被及整個流域的生態平衡，良好的植被可以有較大的蓄水能力，不會一下雨就弄得河水盛漲，也不致使過多的泥沙隨水衝入河內。此外最好能夠修建一些能夠調節河水流量的水庫，既可以在幹旱季節放水灌溉農田，也可以在雨季蓄水有效防止水災。但是，當時人的科學知識還看不到這些問題，而施工修建水庫，也是當時的物力財力和技術條件所難以做到的。
陰曆四月初，永清縣境內永定河去年決口的地方大壩合龍，曾國藩抱病親自去查看驗收。一路上，他看到因天大旱，冬小麥隻有兩、三寸高，節氣已近收割，但吐穗的極少。個別地方用人力取水灌溉，麥苗達到六七寸高，已經抽穗。但能夠人工澆灌的畢竟極少極少，不過百分之二、三。即使三日之內下一場大雨，也挽救了不了這些小麥了。小麥沒有收成，影響到的會很多很多。此情此景，令身為地方官的曾國藩“目擊心傷，不忍細看”。合龍的這段永定河堤，本是曾國藩上任途中已經查看過的，他看到有的危險地方已經按照他的指示辦了。但是能否經受得住將來的洪水，曾國藩還是毫無把握。他向朝廷奏報說，現在是枯水季節，此時合龍，叫做合旱龍。永定河合旱龍，是民間最不放心的。曾國藩說，這就如同新練之兵，沒有上過戰場，能否取勝，指揮官沒有把握。要經過一次漲水，才知道堤壩是否牢靠。 轉眼到了陰曆五月，雨季來臨。五月初三日第一波洪峰到達新築的堤壩之處，至初六日洪水彙入鳳河。曾國藩接到報告，總算鬆了一口氣。五月二十一日，曾國藩將洪水通過新築堤段，堤壩無恙的事情上奏。不料就在他發出奏折的第二天，傳來了永定河再次決口的消息。這一天，曾國藩覺得既難過又難堪，他“憂憤愧悚，不能自釋。旁皇繞室，不能治事”。原來永定河新成的大堤最險的地段，因為大家的注意力集中在此，事先做了比較周密的準備，洪水來時，大家並力奮戰，夠強渡過了危機。但是因為連年戰爭，永定河河堤多處失修，顧此失彼。當大水來到的時候，從北四上汛十三、十四號地方，到北四上汛三、四、五號地方，二十餘裏舊堤，一片汪洋，水勢直漫堤岸。這裏不是去年決口的地方，人們開始沒有注意到，待到發現險情，當地地方官和負責河工的官員趕緊招集士兵和當地村民堵禦，但顧了這頭，顧不了那頭，五月二十一日，正是曾國藩出奏永定河新築堤壩遇水無恙的同一天，大水衝垮了北四下汛五號地方，大堤崩塌三十多丈。好在垮堤的這一段河床經常南北遷徙，附近人口較少，沒有造成人員傷亡。曾國藩隻好奏請將自己交部議處，並按慣例將負責河工的官員和地方官予以處分（除特別失職外，堤壩修好後再恢複職務）。大水衝毀堤防，雖然令曾國藩相當難過，但更增加了他疏浚河道的決心。以往堵塞垮堤和漫口的地方，隻是將漫口堵住，將“引河”即河道中平常流水的地方挖通就算完事。這次修複堤壩，先從下遊河道的疏浚著手，讓河水能夠暢通，並將原來彎彎曲曲的河道挖成直河。他發現原永定河道不能勝任，便請朝廷另行任用，而由熟悉河工的候補道蔣春元署理永定河道，負責堤壩的修複。直到十月，才將大壩合龍。合龍時，曾國藩又一次親臨檢查，半年多的時間，他已是第三次檢查永定河了。永定河的決口處大壩雖然合龍了，但水患的威脅還遠遠沒有解除。曾國藩奏請曾加經費，先疏浚下遊河道。他聽說洋人有機器，能用於疏浚河道，命上海江南製造局詢問是否真有這種機器，如果費用不高，他打算使用這種機器。
永定河水患雖然難防，但總還有個方案，而對付滹沱河的水患，卻更讓曾國藩傷腦筋，因為連一個方案都難以確定。前麵說過，滹沱河百年之內曾遷徙二十五次，可見治理難度之大。直隸有五條大河，子牙河為其中之一。滹沱河就是子牙河的上遊。滹沱河發源於山西，從平山縣入直隸境，河水一到晉州（晉縣），就像不馴服的馬一樣。本來河道是由晉州一直向東，在武強會合滏陽河，經過獻縣以後名為子牙河，然後彙入海河入海。但是兩年前，河水改道，向北繞了個大大的彎，跑到了現在的白洋澱一帶，並且極不穩定，十幾個縣都受到了它的禍害，尤其是文安縣成了沼澤地，當地百姓稱之為“文安大窪”。在新河道與舊河道之間，留下了許多像河道又非河道的溝溝。說它像河道，是這些溝溝曾經是河道，說它不是河道，是因為泥沙的淤積，這些舊河道隻是溝溝而已，已經無法再成河。曾國藩與下屬們反複研究，擬訂一個方案，準備將滹沱河引向南，經晉州、趙州（趙縣）、寧晉等地的一條滹沱河故道，導入滏陽河。但這樣需要二十萬兩銀的巨款，曾國藩一麵上奏朝廷，希望懂水利的官員們討論，以便集思廣益，一麵籌集款項。但是他地計劃還沒有實施，就已調離直隸總督的職務。
如果說在練軍、清理積案和整頓吏治兩方麵曾國藩都辦出了成績，至少已經有了一個良好的開端的話，那水利工程方麵的成績就大為遜色了。這是因為治水決非一朝一夕的事情，需要更多的時間和毅力。而且，在當時的技術條件和科學知識條件下，根治水患是相當困難的，甚至是不可能的。在曾國藩的時代，人們的主觀努力隻能做得好一點、減少一點水患而已，可是還沒等曾國藩做出進一步的努力，霹靂一聲，震驚中外的天津教案爆發了。曾國藩隻好拖著已經生病的身體，去天津處理教案，不久就結束了短暫的直隸總督生涯。