因此，在第二次鸦片战争后，曾国藩的对外观念和思路发生了巨大转变。
首先，他认识到，洋人的到来标志着历史进入了一个新的阶段，这是不以人的意志为转移的，而是天或者说造物的安排。他说，“洋人之患，此天所为，实非一手一足所能补救”[《曾国藩全集·批牍》，岳麓书社，2011年，第356页。]。这意思其实也就如李鸿章所说的“数千年未有之大变局”。虽然曾国藩还不知道“全球化”这个词，但是他已经知道这些洋人不可能如同历史上那些蛮夷一样被消灭或者驱逐，因此不能指望单纯以战争解决问题。后来在天津教案中，李兴锐等建议调鲍超等名将，不惜与西方列强一拼。曾国藩却说：“各国不可猝灭，诸将不可常恃。且谓夷非匈奴、金、辽比，天下后世必另有一段论断。将来有能制此敌者，然必内外一心，困心衡虑，未可轻率开衅也。”[朱汉民、丁平一主编：《湘军7·日志·地方志》，社会科学文献出版社，2013年，第324页。]
既然如此，那么知己知彼，百战不殆，必须积极主动地研究外情。
福建布政使徐继畲在鸦片战争之后，曾穷数年之力，写成《瀛寰志略》一书。这本书按地理脉络介绍了世界各国的风土及各种文明，并且摒弃了以往士大夫们对于中国以外地区的偏见，尽可能地做到了客观真实。因此在当时看来，确实是有些离经叛道。比如对于美国的总统制度，书中做了如下介绍：
华盛顿，异人也。起事勇于胜广，割据雄于曹刘，既已提三尺剑，开疆万里，乃不僭位号，不传子孙，而创为推举之法，几于天下为公，骎骎乎三代之遗意。其治国崇让善俗，不尚武功，亦迥与诸国异。
美利坚合众国之为国，幅员万里，不设王侯之号，不循世袭之规，公器付之公论，创古今未有之局，一何奇也！
曾国藩刚开始知道这本书的时候，和其他传统的“爱国官员”一样，有些不以为然，认为徐继畲“张大英夷”，把洋人说得太好了，长他人志气，灭自己威风。但是第二次鸦片战争之后，他开始认真研读起这本书来。自己看完之后，他还将此书寄给他的好朋友刘蓉看。1867年回到两江，他又将《瀛寰志略》仔细阅读了两遍。
除了阅读书本，他还努力接触能接触到的西洋事物。1867年回任两江总督之初，曾国藩曾到湖南会馆参观方子恺所造的大地球仪，非常喜欢，特地在总督府中造了三间大屋来放这个地球仪，以便可以随时察看。这对花钱节俭的他来说堪称豪举。
通过不断研究，曾国藩对西方地理学有了比较深的了解。同治九年（1870）三月，曾国藩在致一位研究世界地理的友人的信中曾经这样说：
大约海外地形当以洋人之图为蓝本。洋人于地舆之学既所究心，所至又多经目验，惜其文字不能尽识也。若得熟识西字者与之往返商定，或遇西土之有学者，从之访问形势，考核字体，必能有益此书。至于中国诸儒之书，率皆悬度影响以自炫于华人而已，不足据依也。[《曾国藩全集·书信》10，岳麓书社，2011年，第181页。]
也就是说，世界地理这一块，还是洋人权威。可惜我们不识洋文。如果通西文，能够与西方学者深入探讨，肯定对你写好这本书有帮助。中国学者所写的这方面的书，水平太差，只能用来唬唬国人，不足为据。
曾国藩更感兴趣的当然是西方的军事秘密。早在刚刚署理两江总督时，他听说上海有一艘破旧洋船，就想买来先试用：“臣拟先调现泊上海之‘土只坡’轮船一只，由长江上驶安庆一带，就近察勘使用，督令楚军水师将弁，预为练习。俟明年洋船购到，庶易收驾轻就熟之功。”[《曾国藩全集·奏稿》3，岳麓书社，2011年，第187页。]只是朝廷并未回复，所以没有下文。
同治元年（1862）正月，曾国藩用五万五千两银买了一艘“洋船”，亲自上船考察。虽然仓促之间，曾国藩对轮船的“火激水转轮之处”，即蒸汽轮机及传动装置，没有看得完全明白，但他在日记中赞道：“无一物不工致。”[《曾国藩全集·日记》2，岳麓书社，2011年，第254页。]
除了地理学和军舰，对其他西方事物，他也感兴趣。同治七年（1868），曾国藩到上海考察，看到丁日昌送的“洋镜内山水画图”，感觉“甚为奇丽”。第二天他还专门参观了法国驻上海领事白来尼的住处，与军事工业之外的其他西方物质文明有了直接接触。他在当天的日记中写道：“午初出门，至洋泾回拜法国领事白来尼，倾诚款待。虽其母其妻之卧室，亦预为腾出，引余与中丞、军门阅看。所居楼阁四层，一一登览。玉宇琼楼，镂金错彩，我中国帝王之居殆不及也。”[《曾国藩全集·日记》4，岳麓书社，2011年，第47～48页。]
在深入研究外情的基础上，曾国藩将“师夷长技以制夷”的思路深化并升级。
第一次鸦片战争之后，曾国藩就已经开始了“师夷长技”的过程。早在创办湘军水师之初，曾国藩就非“夷炮”不用，水师非船炮齐备不出，最后终以重金派专人从广东购来大量洋炮，并克服重重困难把它安装在炮船上，很快将千里长江控制在湘军手中。
第二次鸦片战争之后，他认识到，“师夷智”不能停留在购买使用西式武器阶段，而必须深入学习研究西式武器背后的秘密，也就是进入学习掌握西方科学和技术阶段。只有把这些秘密掌握在自己手里，才有与洋人平起平坐乃至战而胜之的可能。
而曾国藩没有想到的是外国人居然肯主动给中国提供这样的机会。按照传统的东方式思维，军事科技是洋人的命根子，洋人肯定会视若珍宝，绝不外泄。但是洋人却愿意以贸易等方式，向中国出售最先进的武器，并且倾囊教授使用之法，这令曾国藩大感意外和兴奋。“武器装备是一种极富政治性的商品……1860年后，随着条约利益的扩大，西方政府更是给予了清政府公然、直接的支持，大量供给清军新式装备，帮其训练军队，甚至直接派兵助战。”[兴河：《天朝师夷路：中国近代对世界军事技术的引进（1840—1860）》，解放军出版社，2014年，第423页。]
1861年8月，曾国藩在讨论购买外洋船炮时上奏说，对西洋武器，第一步是购买，第二步是研究其中的秘密，以便自己可以制造，这样，外国列强就失去了可以依恃的根本：
购买外洋船炮，则为今日救时之第一要务。凡恃己之所有夸人所无者，世之常情也；忽于所习见、震于所罕见者，亦世之常情也。轮船之速，洋炮之远，在英、法则夸其所独有，在中华则震于所罕见。若能陆续购买，据为己物，在中华，则见惯不惊，在英、法，亦渐失其所恃……购成之后，访募覃思之士，智巧之匠，始而演习，继而试造，不过一二年，火轮船必为中外官民通行之物，可以剿发逆，可以勤远略。[《曾国藩全集·奏稿》3，岳麓书社，2011年，第186页。]
在当时地方督抚中，曾国藩是对兴办近代工业最感兴趣，也是最为努力的一人。湘军攻下安庆不久，他就建立了“安庆内军械所”，集中了中国当时最出色的几位科学技术人员，专门仿造西洋式的枪炮弹药，并把试制轮船作为军械所的一项重要任务。第二年，徐寿、华蘅芳就造成了一台轮船用蒸汽机。1862年7月30日，曾国藩应邀观看了蒸汽机的试验，他在日记中写道：
中饭后，华蘅芳、徐寿所作火轮船之机来此试演。其法以火蒸水，气贯入筒，筒中三窍，闭前二窍，则气入前窍，其机自退，而轮行上弦；闭后二窍，则气入后窍，其机自进，而轮行下弦。火愈大，则气愈盛，机之进退如飞，轮行亦如飞。约试演一时。[《曾国藩全集·日记》2，岳麓书社，2011年，第306页。]
曾国藩所看到的可能是中国人自己制造的第一台动力机器。曾国藩最高兴的，是中国人也掌握了西方科技的核心秘密：“洋人之智巧，我中国人亦能为之。彼不能傲我以其所不知矣。”
同治二年（1863）十二月二十日，中国人制造的第一艘火轮船下水了。曾国藩的日记中说：
出门至河下看……新造之小火轮。船长约二丈八九尺，因坐至江中，行八九里，计约一个时辰可行二十五六里。试造此船，将以次放大，续造多只。[《曾国藩全集·日记》2，岳麓书社，2011年，第485页。]
曾国藩不顾深冬寒冷，亲自乘坐这艘试航的小火轮走了八九里远，可见兴致之高。所谓“试造此船，以次放大”，“放大”到什么地步？那就是与西洋比肩匹敌甚至战而胜之的地步。曾国藩命名为“黄鹄”，出自《商君书·画策》：“黄鹄之飞，一举千里。”不过事实上这条船毕竟是“处女作”，后来曾国藩发现它“行驶迟钝，不甚得法”。[《曾国藩全集·奏稿》10，岳麓书社，2011年，第213页。]
为了更深入更全面地掌握西方技术，曾国藩和李鸿章等人又建设了一个更大的兵工厂—江南制造局。今天中国最大的造船企业之一上海江南造船厂，就是由当年江南制造局的江南造船所发展而来的。
曾国藩对江南制造局非常重视。后来“剿”捻失利回任两江后不过一个月，他便奏请将江海关关税提交户部的四成，截留两成，其中一成用于李鸿章“剿”捻的军费，一成作为江南制造局的经费，以便扩大制造局的规模。
曾国藩在奏折中说：“制造轮船，实为救时要策。”“制造轮船等事……岂可置之不办？再四思维，实有万难周转之势。查江海关洋税一项……合无仰恳天恩，俯准将洋税解部之四成酌留二成，以济要需。如蒙俞允，臣拟以一成为专造轮船之用，以一成酌济淮军及添兵等事。”[《曾国藩全集·奏稿》9，岳麓书社，2011年，第406～407页。]
在国家财政紧张和平捻战争进行之际截留解部关税，是需要勇气的。因此容闳说：“世无文正，则中国今日，正不知能有一西式之机器厂否耶。”[容闳：《容闳回忆录》，东方出版社，2012年，第66页。]
同治七年（1868）五月，曾国藩赴上海视察江南机器局。他在闰四月十二日的日记中写道：“旋出门至机器局，观一切制造机器。屋宇虽不甚大，而机器颇备。旋观新造之轮船，长十六丈，宽三丈许。……计此船七月可下水。”[《曾国藩全集·日记》4，岳麓书社，2011年，第47页。]曾国藩参观了容闳等从美国购买回来的机器设备，看到了西式机器启动运行的过程，非常高兴。陪同视察的容闳在《西学东渐记》中说：“文正来沪视察此局时，似有非常兴趣。予知其于机器多创见，因导其历观由美购回各物，并试验自行运动之机，明示以应用之方法。文正见之大乐。”[容闳：《容闳回忆录》，东方出版社，2012年，第73页。]
同治七年（1868）七月，江南制造局的第一艘轮船终于造成下水了。八月十三日，曾国藩在彭玉麟的陪同下，亲自乘坐验看这艘轮船，发现它的性能远远超过安庆内军械所试制的小轮船。曾国藩非常高兴，在日记中写道：
中国初造第一号轮船，而速且稳如此，殊可喜也。[《曾国藩全集·日记》4，岳麓书社，2011年，第85页。]
随后，曾国藩向朝廷奏报说：
臣亲自登舟试行至采石矶，每一时上水行七十余里，下水行一百二十余里，尚属坚致灵便，可以涉历重洋。……中国自强之道，或基于此。[《曾国藩全集·奏稿》10，岳麓书社，2011年，第214页。]
曾国藩一直把制造轮船与“自强之道”联系起来，可见他致力于军事工业，不是为了平定太平军和捻军之类的内部敌人，而是为了对付洋人。这条船比日本横须贺造船厂建造的第一艘明轮蒸汽机兵船“清辉”号要早十二年。
曾国藩为官历来谨慎，但是在洋务运动上，他却不怕有越权的嫌疑，经常鼓动各省积极兴办西式工业。1871年山东派员考察江南制造局，有意在山东设机器厂，曾国藩闻听非常高兴，说：“鄙意本在设局倡率，俾各处仿而行之，渐推渐广，以为中国自强之本……要之风气渐开，即中国振兴之象也。”[《曾国藩全集·奏稿》10，岳麓书社，2011年，第628页。]
在他看来，军事工业的意义，在于这是中国自强之本，是开风气，是源头。
1867年李鸿章被任命为湖广总督后，曾国藩写信给他鼓励他大办军事工业说：“鄙意北方数省因循已久……东南新造之区，事事别开生面……制器造船各事皆已办有端绪，自强之策，应以东南为主。阁下虽不处海滨，尚可就近董率。购办器械，选择人才，本皆前所手创，仍宜引为己任，不必以越俎为嫌。”[《曾国藩全集·书信》9，岳麓书社，2011年，第550页。]
