在李鸿章等人的呼吁下，清政府终于决定委李鸿章筹办北洋海防，筹建北洋水师。李鸿章奉命后立即向英、法购买炮船、快船、铁甲舰等，设立各级海军学校培养人才，聘请洋员教练官兵，筹建海军基地。为了加快中国海军建设，李鸿章建议清政府成立海军部统筹海军建设，“鄙见外患如此其亟，必须变通，应请径设海部，由钧署（总理衙门）兼辖，暂可不必另建衙门，凡有兴革损益，筹饷用人，诸事悉听尊处主持。”此建议反映了李鸿章建立近代海军的急切心理。中法战争以后，清政府建立总理海军事务衙门，李鸿章充当会办大臣。此后他利用手中的权力排除干扰，大力开展北洋海军建设，终于在1888年建成，有战船、守船、练船、运船队，共计军舰25艘，至此，清政府终有了第一支近代化的海军。李鸿章用洋炮洋舰洋教练造就了中国第一支近代海军，功不可没，海军衙门的成立是他一生中最有价值的军制变革主张。

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在培养军事人才方面，他提出两种途径：一是派大员出洋学习，或入院校，或入工厂和部队受训深造；二是国内办学发展近代军事教育，并以此作为新型军队人才的主要来源。

李鸿章深知清朝军事制设和教育远远落后于西方，要开展近代化的军事改革，必须从人才的培养入手。他提出要培养和选拔具有近代军事知识和作战能力之人来充实清军军官队伍。他曾明确指出，腐败怯懦的绿营将官不能胜任近代军事，他要求打破清朝的祖制成规，用新的标准来衡量选拔军事人才。他认为新型军事人才的最理想标准是“道贯中西”，既懂中国礼法，又掌握西方军事技术、操法和战法。然而传统的八股取士无法招纳此种人才。1880年他“参酌西国成规”，创办了天津水师学堂，培养炮船、快船和铁甲舰“管驾、大副、二副、管理轮机、炮位人员”。李鸿章创设天津水师学堂，“开北方风气之先，立中国兵船之本”，为中国近代海军建设做出了贡献。1882年他又分设管轮学堂，专门培养轮机人员。1889年李鸿章又奏请添设威海水师学堂。中法战争以后，李鸿章在加紧海防建设过程中，为提高淮军素质，于1885年创办天津武备学堂，由淮军及北洋各军中选调百余名及文员愿意习武者，入堂学习“西洋行军新法”，聘请德国军官李宝、崔发禄等充当教习，肄业一年期满，“于西洋后膛各种枪炮、土本营垒及行军布阵，分合攻守各法，必能通晓”。李鸿章还计划建立“武备书院”，培养将才，“可备国家干城御侮之用”。由于经费不足，武备书院未能建立，可天津武备学堂却培养出一批通晓西方“行军制胜之方”的军事干部，为20世纪初清政府编练新式陆军提供了一批人才，北洋新军将校段祺瑞、冯国璋、王士珍、曹锟、张怀芝、李纯、田中玉、雷震春等都是天津武备学堂的毕业生。

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更新清军装备，推进淮军近代化，首先需要解决新式装备的来源。李鸿章主张两条腿走路，购买与自制相结合。他认为，在中国军事工业还未建立起来，或规模不大，技术不发达的条件下，应该充分利用国际军火市场，以加快更新速度，并借以刺激中国军事工业的发展。同时他又提出，购买不足以自主，“购器甚难，得其用而昧其体，终属挟持工具”，只有自造才能使“官弁匠役相互学习，久而愈精”，并真正达到“师其所能，夺其所恃”的目的。为此，李鸿章先后创办了隶属淮军系统的金陵制造局、江南制造局等各种近代军事工业。这些军事工业生产出来的轮船、枪炮、弹药，不仅为淮军不断近代化提供了物质条件，而且为清朝编练了近代海军和新式陆军提供了装备。

此外，李鸿章还注意到了交通、通信工具与军事的关系，大力发展了近代交通、通信事业，为中国军事近代化服务。李鸿章懂得发展军事工业、铁路和通信事业与建立近代海军，新式陆军的关系，为军事近代化提供物质基础。