同治九年（公元1870年）十一月四日，天津机器制造局正式成立，李鸿章暂委沈保靖为总办。

天津机器制造局成立的同时，李鸿章又在大清河、北运河之间，择地兴造弹药库一座，用来储存弹药、成品机器。

机器局一应员弁，仍大多雇用洋技师，中国技师则全部从江南机器制造总局与金陵机器局奏调。该局规模虽不及江南局宏大，但也比崇厚原设之局大出几倍。

在这之前，李鸿章见直隶兵力空虚，京师只有神机营六千人十营，口外也只有黑龙江将军管辖的马队。直隶其他要地，只有几座兵站和粮草转运局，几乎无兵。

李鸿章至此才恍然大悟，当年张宗禹为何能在几个日夜的光景，长驱直入，直逼畿辅，致使朝野震动，两宫变色，归根结底，在于直隶防守太单薄了。

李鸿章经奏请，把裁撤后已转成经制之师的两万淮勇，分三批调驻进直隶各口驻防，又在口外添募一马队，聘洋人教练。同时设总粮台一处，分粮台十处。

为使粮道水陆畅通，他又将淮军万人调到大运河沿岸，挖濠筑堤，疏理河道，直到大小船只畅行无阻。他兼署北洋通商大臣后，为使通商、行政两便，又奏请添设津海关道，在天津专设衙门，希望办事迅速，不受地方约束。又仿照上海，在天津添设了税务司衙门。

李鸿章保举记名道、刑部郎中陈钦暂行署理津海关道，天津机器制造局总办沈保靖署天津税务司。朝廷一一照准。不久，总税务司赫德加委德国人德璀琳接署天津税务司。

李鸿章到直隶不过四个月，便拳打脚踢，施展平生所学，把死水一潭的直隶，治理得轰轰烈烈，大为风光，人气眼看着一天旺似一天。

到了年底，日本国特派使臣柳原前光抵京，向总理衙门提出通商请求。总理衙门依例禀奏两宫皇太后。慈禧太后着军机处拟旨，遍询各地督抚。安徽巡抚英翰力持不可，言称“恐贻后患”。

慈禧太后拿不定主意，让军机处把英翰的折子誊抄二十几份，分送各地督抚讨论。其实，说是让各地督抚参与进来，实际上主要还是看南北二洋的态度。

南洋通商大臣是两江总督曾国藩，北洋通商大臣是直隶总督李鸿章。对外洋请求通商事宜，南曾北李最有发言权，其他督抚态度怎样却无关紧要。

曾国藩正在假中，主意自然要李鸿章一个人拿。李鸿章没有忙着上折，他让随员把一应介绍日本国的书籍俱翻捡出来，一一阅看，又请教了一名英国人、一名美国人，二人把知道的都毫无隐瞒地告诉了他。

随着对日本的了解增多，李鸿章的想法渐渐成熟，他在上《筹议天津设备事宜折》的同时，又附加《遵议日本通商事宜片》，主张与日本通商。

李鸿章认为，日本与中国一衣带水，相距不过数日程，从元代开始，两国人民就有往来。李鸿章又说，国门洞开后，欧洲各国争相来中国取利，而日本并没有凑热闹，可见是真心想与中国交好。现在中国与欧洲各国都有往来，日本要求订约通商亦在情理之中，不该拒之门外，说不定两国关系好了之后，还能为我所用。

李鸿章甚至想利用日本通商这件事，向外国派驻公使，侦探别国实在情形，达到永远相安的目的。他认识到无驻外使节的不便，明确提出，驻外使节不仅能“以侦探彼族动静，而设法联络牵制之”，更“可冀消弭后患，永远相安”。

当李鸿章提出这一设想的时候，大清国满朝文武，甚至包括恭亲王在内，还远没有认识到这点。奏议递进宫去，自然遭到王公大臣的一片唾骂。但慈禧太后经与恭亲王反复论证后，最终还是同意了李鸿章的观点，认为与日本通商终究是利大于弊，答应与日本通商。

军机处按照慈禧太后的吩咐，专给李鸿章、曾国藩二人下了一道圣旨，特别指出：“因该国意向甚坚，业已令其特派大员，到时再与妥议。着曾国藩、李鸿章预行之妥筹，庶临时较有把握。”

李鸿章接旨后，考虑日使来华必先到上海，当天晚上就给江苏巡抚丁日昌递急函一件，让丁日昌委派署江苏藩司实授江苏臬司的应宝时，速到海关道衙门，借调日本与西洋各国所订之条约，并一一抄录；日使到沪后，着应宝时与海关道先行接待，会同办理，不准有丝毫差池。