兩江總督劉坤一、湖廣總督張之洞、閩浙總督許應、四川總督奎俊等在獲悉了李鴻章的電文後，確定了共同抗旨以求東南互保的原則。他們的道理很簡單：如果大清國的南方也發生了動亂，那麼亂了敵人的同時肯定也要亂了自己。雖然在以後很長時期內這些人無不被國人痛斥為一群“出賣民族利益的無恥之徒”，但在1900年的庚子巨禍中是他們確保了大清國南方半壁江山的穩定。
八國聯軍攻進北京，帝、後西逃西安。朝廷的電報再一次一封接一封地到達南方，要求李鴻章北上與正在攻打這個國家的洋人議和。朝廷為此將李鴻章由兩廣總督重新調任為大清國封疆大臣中的最高職位：直隸總督兼北洋大臣。而慈禧的最後一紙任命是：“著李鴻章為全權大臣。”每當滿清政府把這個巨大的帝國帶到毀滅的邊緣，他們唯一必須起用的人就是李鴻章。由兩廣總督回任直隸總督兼北洋大臣的李鴻章又為清廷這所“破屋”充當起“裱糊匠”之責。由於大清長期積貧積弱，李鴻章縱然有三頭六臂亦回天無力。
1901年9月7日，李鴻章代表大清國與十一國簽訂了中國近代史上著名的不平等條約《辛醜條約》，在簽字回來後再一次大口地吐血，史載其吐血中“紫黑色，有大塊”，“痰咳不支，飲食不進”。醫生診斷為：胃血管破裂。
李鴻章在病榻上上奏朝廷：“臣等伏查近數十年內，每有一次構釁，必多一次吃虧。上年事變之來尤為倉促，創深痛劇，薄海驚心。今議和已成，大局稍定，仍希朝廷堅持定見，外修和好，內圖富強，或可漸有轉機。”
1901年11月7日，這位大清重臣已處在油盡燈枯之際，他“久經患難，今當垂暮，複遭此變，憂鬱成疾，已乖常度”。站在他床頭逼迫他簽字的俄國公使走了之後，身邊的人大哭：“還有話要對中堂說，不能就這麼走了！”李鴻章的眼睛又睜開了，身邊的人對他說：“俄國人說了，中堂走了以後，絕不與中國為難！還有，兩宮不久就能抵京了！”李鴻章兩目炯炯不瞑，張著口似乎想說什麼。身邊的人再說：“未了之事，我輩可了，請公放心！”李鴻章“目乃瞑”，享年七十八歲。
李鴻章有一首臨終詩：“勞勞車馬未離鞍，臨事方知一死難。三百年來傷國步，八千裏外吊民殘。秋風寶劍孤臣淚，落日旌旗大將壇。海外塵氛猶未息，諸君莫作等閑看。”
李鴻章去世後，兩宮“哭失聲”，慈禧太後稱讚他是“再造玄黃”之人。贈太傅，晉一等肅毅侯，諡文忠。賜白銀五千兩治喪。原籍和立功省建祠十處。京師祠由地方官員定期祭祀。清代漢族官員京師建祠僅此一人。李鴻章生前還有一項漢人最高殊榮：慈禧太後六十大壽之日，破格賞予李鴻章漢人唯一的“三眼花翎”（原隻有滿族貝子或以上貴族獨有，曾國藩亦隻獲授雙眼花翎）。
在日本首相伊藤博文的自傳中，李鴻章被視為大清帝國中唯一有能耐可和世界列強一爭長短之人。據考證，李鴻章青年時代所作的詩句“丈夫隻手把吳鉤，意氣高於百尺樓。一萬年來誰著史，三千裏外欲封侯”，曾使異國的伊藤博文在從政前竟深受其影響。
關於身後榮辱，李鴻章心裏很明白。他曾說，中日甲午戰爭“至一生事來，掃地無餘，如歐陽公所言，‘半生名節，被後生輩描畫都盡。’環境所迫，無可如何。”
梁啟超曾寫了《李鴻章》一書，書中為李鴻章打抱不平：“西報有論者曰：日本非與中國戰，實與李鴻章一人戰耳。其言雖稍過，然亦近之。不見乎各省大吏，徒知畫疆自守，視此事若專為直隸滿洲之私事者然，其有籌一餉出一旅以相急難者乎？即有之，亦空言而已。乃至最可笑者，劉公島降艦之役，當事者致書日軍，求放還廣丙一船，書中謂此艦係屬廣東，此次戰役，與廣東無涉雲雲。各國聞者，莫不笑之，而不知此語實代表各省疆臣之思想者也。若是乎，日本果真與李鴻章一人戰也。以一人而戰一國，合肥合肥，雖敗亦豪哉！”“中國俗儒罵李鴻章為秦檜者最多焉。法越中日兩役間，此論極盛矣。出於市井野人之口，猶可言也，士君子而為此言，吾無以名之，名之曰狂吠而已。”