任何一種有出速的物體（拋體），在具有地球引力的範圍內，它在空間的運動都呈拋物線的狀態。可是這種拋體運動現象，得到科學的驗證和說明，是由歐洲科學家完成的，使它在近代數學和物理學中成為一種科學的學說。為了驗證這一學說，華蘅芳和徐壽進一步合作，他們用槍彈做試驗，驗證“仰攻”與“俯射”槍彈的拋物線的異同，他們把書本知識和科學實驗結合起來。他們設立幾個遠近不同的靶子，進行射擊測試。經過反複試驗，搞清了拋物線理論及其應用，並從數學計算探討拋物體運動原理。1860年，由華蘅芳著述，徐壽作圖，完成了《拋物線說》一書。6年後，外國近代物理學中關於拋物體學說的《圓椎曲線說》一書才翻譯出來。所以，華蘅芳、徐壽合作寫的這部專論近代拋物線說的著作，在近代中國，是具有開創性的重要意義。
華蘅芳和徐壽又一起進行對三棱鏡分光的實驗。當時買不到三棱玻璃，他們就把水晶印章磨成三角形進行試驗。晚上，他們在房間裏邊放上一個方桌，把自製的三棱鏡放在一個倒置在桌上的碗底上，使它和對麵安置的蠟燭頂端對齊。他們全神灌注地觀察三棱鏡。可是，始終看不出有什麼光分色的現象。他們不斷調整三棱鏡與蠟燭的位置、角度，還是看不出光分色現象。原來蠟燭發出的光線太弱，而且分散，如果石用聚光設備把這種分散的光線集中成平形光，它就難以在三棱鏡體中發生反光作用。經過反複試驗，華蘅芳利用幾何學關於點、線的原理，認識到了蠟燭的光線照在全屋，集中在水晶三棱鏡上的光線太少，所以，三棱鏡無法分光成色。後來，他們把房間的門窗都用黑布遮掩起來，變成一個不透光的暗室。在一個陽光燦爛的中午，他們在遮窗的墨布簾子上弄開一個小孔，果然，一條筆直的太陽光光柱射入房中。這時，他們迅速地把水晶三棱鏡對準了這條光柱，放在靠近窗前的桌子上，隨著他們對三棱鏡位置的移動，從這三棱鏡裏閃出紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫七種不同的微弱光色。他們進行的“色散”試驗終於獲得成功。
華蘅芳從事的數學工作，與洋務運動緊密相聯係。隨著洋務運動的興起，除了要從外國購置一些機器設備以外，還需要具有各種近代科學知識的人才。洋務派對博學多才的人物尤其敬重，願意和他們交朋友。l861年，清政府兩江總督曾國藩以“研精器數，博涉多通”的評語，保薦華蘅芳等數名科學家。同年，曾國藩在安徽的安慶設立安慶軍械所，這是我國第一家用機器生產的兵工廠。1861年，華蘅芳應邀來薊安慶軍械所，專門從事製造的技術工作。在這裏華蘅芳和徐壽合作，兩人共同探討、切磋琢磨。1862年，兩人密切合作，試製一艘輪船。首先試製輪船上需要作為動力的蒸汽機。由華蘅芳負責設計，徐壽負責督造，蒸汽機製成後在進行試驗時，第一次失敗了，他們並不氣餒，進行了改進，在第二次試驗時，終於成功了，這是我國第一台自己製造的蒸汽機。
華蘅芳和徐壽解決了輪船的動力問題後，接著展開船體設計和建造工作。華蘅芳從多年鑽研數學和從事建造的實踐中認識到，知故才能創新，建造新式的輪船也是這樣，除了要了解外國輪船的造型、結構、性能等情況之外，還要繼承中國曆史上的造船經驗。華蘅芳為了掌握中國造船業的曆史和現狀，他查閱了中國古代的有關造船的記載，並進行對照和研究。他走遍了安慶的造船場所，每到一地，虛心地向船工請教，觀察修理船隻情況，不顧長江上的風浪，隨船工一起上船，摸清船隻性能。經過一段時間，華蘅芳積累了許多文字材料和感性認識。當時，中國介紹外國輪船的中文資料很少，幾乎是看不到。他為了掌握外國輪船的船型和航行的第一手材料，每天都到長江邊觀察在長江中遊弋的外國輪船。華蘅芳依據這些中外船隻的資料，開始了艱巨的船體設計工作。徐壽負責船體製造工作。經過幾年努力，一艘命名“黃鵠”的輪船造成並下水通航了。這艘船長17米，每小時逆水航行時速為20公裏，順水為30公裏。
在試航這一天，長江兩岸人山人海。當時有不少居民聽說中國造出自己的火輪船來了，都爭先恐後地趕來觀看。
試船開始了，徐壽在舵房裏掌舵，華蘅芳在機艙裏觀察機器的運轉情況。輪船的汽笛發出尖利的響聲後，徐徐開動，離開了碼頭，在長江中乘風破浪。航行了很長一段距離後．輪船又調轉船頭，作了速航和轉彎等試驗。最後，安全地返航，穩穩地停靠在碼頭上。這時在江岸上觀看的人群跳躍、歡呼：“中國也有火輪船了”，頓時，江岸上形成丁慶祝成功的熱烈歡騰的場麵，大家向華蘅芳、徐壽揮手致意。事後，曾國藩以“奇才異能”上奏朝廷表揚華蘅芳。
1865年，曾國藩會同洋務派官僚李鴻章在上海設立江南製造總局。曾國藩傳令，讓華蘅芳和徐壽幫助籌劃江南製造總局的有關技術方麵的事情。
華蘅芳、徐壽，在完成了我國第一艘輪船的建造工作之後，就風塵仆仆地來到上海的江南製造總局。華蘅芳奉命參加江南製造總局的籌建工作。他和徐壽是修建工廠、安置機器的技術負責人和監督人。在製造局裏，華蘅芳把科技知識應用於實際製造，在船炮和槍彈方麵有所發明，又對在實踐中遇到的難題進行科學研究。
不久，曾國藩在製造局內附設翻譯館，組織科技人員翻譯西方近代科技書籍。曾國藩認為“洋人製造機器都是來自於算學，其中奧妙之處都是有圖說可以尋找。由於對他們的文字語言不通，過去雖然模仿操作外國的機器，但是不明白機器的使用和製造機器的原理。”“翻譯外國科技著作關係到製造機器的根本。”翻譯館的設立，對我國了解西方科學技術知識起了促進作用。在這項開創性的建館工作中，華蘅芳盡了最大努力。他參與規劃、招聘學者，建館之後，又劃分門類，設立專人負責。他自任算學、地質部門的翻譯工作。從這以後的40年中，他把主要精力都花在翻譯介紹西方科學知識的事業上。