李鸿章移督直隶初期，就宣称“中国不亟图强兵经武，徒纷纷遇事张皇，事后苟且粉饰，必至失国而后已，可为寒心。”而“强兵经武”的关键，在于仿造西方船炮。因此，李鸿章特别注意控制和提振军事工业。当时清廷规定沪、宁两局归南洋大臣管辖，而报销、督察各事，仍会同北洋大臣办理。作为北洋大臣的李鸿章虽远在天津，但却以此为凭藉，通过自己的旧部和亲信，继续对沪、宁两局进行遥控。早在 1870 年他就对刚刚移督两江的曾国藩说：“沪、宁两局，敬求倍加提振，鸿章虽远，亦不敢忽视。”嗣后不营由谁出任江督，他对沪、宁两局都照例“不敢忽视”。不过，由于淮系势力从两江逐渐转移到北洋，李鸿章对沪、宁两局的控制权终究有所削弱，特别是在 1882—1884 年左宗棠担任两江总督期间尤为明显。左宗棠委派潘露总理沪、宁两局，并派陈鸥志随同潘露赴沪帮同办理，兼顾宁局事务，致使潘、陈一度身兼沪、宁两局总、会办，这表明左宗棠企图把沪、宁两局抓在手中，使之摆脱淮系影响。
津局本属北洋大臣管辖范围，李鸿章认为将其控制在自己手中是“名正言顺”的事。他“常调沪局员匠归津局遣用”，任命与之交近 30 年的沈保靖总理局务，解雇职工中的一些北方旗人和汉人，“另外介绍来许多南方人”。1875 年《捷报》评论说：“很显然，李鸿章的这种政策如果继续下去，再过半年机器局里将要连一个北方工人或学徒都留不住了，而机器局将完全由忠于李鸿章的南方人所把持。其结果一定是中央政府在军火和军器的制造与修理方面完全得依靠李鸿章了。”
李鸿章不仅竭力控制沪、宁、津三局，以为己用，而且设法插手福州船政局即闽局。闽局原系湘系首领左宗棠创办，是湘系集团对抗淮系集团的工具。1866 年左宗棠调任陕甘总督后，推荐沈葆桢担任总理船政大臣，并安排自己的亲信周开锡、胡光墉等充任船政提调。沈葆桢虽属湘系，但对曾国藩不满，反而与丁未同年李鸿章关系较好。1875 年沈氏调任两江总督，经与李鸿章函商，推荐淮系要员丁日昌督办船政。1876 年丁日昌开任福建巡抚，他与李鸿章合谋推荐淮系成员吴赞诚或黎兆棠督办船政，因而清廷先后任命吴、黎为船政大臣。1882 年左宗棠出任两江总督后，设法排除涯系势力，重新控制闽局。1883 年他奏准撤换黎兆棠，任命张梦元继任船政大臣。1885年左宗棠去世，李鸿章力图卷土重来。1886 年闽局提调出缺，船政大臣裴荫森电商李鸿章，委派当时办理天津水师学堂练船事宜的吴仲翔接任。
当然，李鸿章赖以支撑其海陆军建设的军工企业，主要还是沪。宁、津三局。由于李鸿章的精心提振，沪、宁、津三局的基本建设、机器设备和生产情况均有不同程度的改善。沪局在 70—90 年代，先后设置了火药厂、枪子厂、炮弹厂、水雷厂和生产熟钢与钢材的炼钢厂，并使枪支生产沿着旧式前膛枪、林明敦后膛枪、奥国漫利夏枪和德国新毛瑟枪的顺序逐渐改型，大炮制造也沿着“开花子轻铜炮”、来福子熟大炮、英国阿姆斯特郎新式大炮的顺序逐渐改型。1893 年李鸿章得意地说：“上海机器局为各省制造最大之厂，该局员等苦思力索，不惮繁难，奋勉图功，竟能于数年之间，创造新式枪炮与西洋最精之器无异，为中国向来所未有。”沪局制造轮船的技术也“渐推渐精”，在 1868—1875 年间制成 6 艘木壳兵轮。李鸿章认为，其中 1873、1875 年相继下水的“海安”、“驭远”两轮，“在外国为二等，在内地为巨擘。”及至 1876、1885 年又先后制成铁甲兵轮“金瓯”号和钢甲兵轮“保民”号。从制造木壳兵轮、铁甲兵轮到制造钢甲兵轮的演进，标志着沪局造船技术的不断提高。宁局的情况与此相仿，规模有所扩充，设备有所改进，到 1879年计有机器厂三，翻沙、熟铁、木作厂各二，还有火箭局、洋药局、水雷局等，能够制造炮位门火、车轮盘架、子药箱具、开花炮弹、洋枪、抬枪、铜帽、大炮、水雷等。津局也不例外。李鸿章在接办时就认为“该局规模粗具，垣屋尚须加修，机器局尚须添制，火药亦尚未开造，自应就此基绪，逐渐扩充”。在他的经营下，津局分设东西两局，扩建厂房，添购机器，增设铸铁、熟铁、锯木、洋枪、枪子、炼钢等厂，以制造枪炮、子弹、火药、水雷为主，辅之以修造船舰等。80 年代，李鸿章颇为自豪地声称津局为“洋军火之总汇”。据不完全统计，沪、宁、津三局从创办到 1894 年，消耗资金 2454 万余两，占清政府投入近代军工企业经费总数 5 千万两左右的一半。
随着时光的流逝，沪、宁、津三局内部，封建的管理制度同先进的技术设备的矛盾日趋激化。每换一次总办，即添用心腹委员 30 至 40 名，陈陈相因，有增无减。其中多系滥竽充数，“或且九九之数未谙，授以矿质而不能辨，叩以机栝而不能名，但求不至偷工减料已属难得，器械利钝，悉听工匠指挥，茫无分晓”。有些人营私舞弊，“购料则价不实，工作则时废弛，材料则任便作践，成货则或致盗窃，出售则价或分肥，即不然用人或碍于情面而多冗员，办事则狃于请托而多迁就，以乱章为圆到，以姑息市私恩。甚或苞苴公行，干俸累累。……似此种种弊窦，层层朘削，安有不赔累倒闭者哉！”
沪、宁、津三局仍然坚持“雇洋人，购洋器，用洋法”。宁局的马格里不懂军火制造，1875 年由于他所督造的大炮在大沽炮台演放时一再爆炸，变成废物，被李鸿章撤职。此后宁局为节省资金，遂用华员监督，不再雇佣专职外国技师，每年请沪局外国技师前来数次，进行技术指导。津局在崇厚主政期间，“专任领事官英人密妥士，将成尾大不掉之势”。李鸿章接办后，便“精练华工，酌裁洋匠，并将主持局务之洋员密妥士撤退。”当然，这并不意味着李鸿章从此就再也不仰赖洋匠了。事实上，他在撤掉密妥士之后，就“另募熟手接办”。所谓“熟手”，就是指麦伊儿瑞斯、司图诺等人，前者作为工程师曾任津局监督多年，后者曾任津局总工程师。他们不同于密妥士的，是既懂技术，又不揽权。沪、宁、津三局的生产途径，都是先向外国购进机器物件，然后在“洋人指授”下慢慢地学着仿造。这种先“购置”，后“学制”，“事事依样葫芦，一成不变”的作法，结果只能使自己成为长久的落伍者。严酷的现实，使李鸿章逐渐认识到问题的严重性。1876 年他上奏清廷说：
窃谓西洋制造之精，实源本于测算、格致之学，奇才迭出，月异日新。即如造船一事，近时轮机铁胁一变前模，船身愈坚，用煤愈省，而驶行愈速。中国仿造皆其初时旧式， 良由师资不广，见闻不多，官厂艺徒虽已放手自制，止能循规蹈矩，不能继长增高。即使访询新式，孜孜效法，数年而后，西人别出新奇，中国又成故步，所谓随人作计，终后人也。
为了改变这种“随人作计，终后人也”的局面，既须培养自己的科技人才，“学其器而精通其意”；又须建立自己的重工业基础。李鸿章虽然朝着这个方向作出了努力，但是收效甚微，并没有扭转“随人作计”的局面。1898年英国人贝斯福参观宁局后写道：
厂中机器设备很好；主要购自英国，间或也有德国和瑞士的。没有外国技师或工头。中国总办和官吏们似乎不了解他们在制造什么，为什么制造。机器是现代的、头等的，但用来制造过时的无用的军需品。……看他们高兴而努力地在制造一些浪费钱但又无用的军需物品，使人心中感到悽怆。
沪、宁、津三局所制造的武器装备，虽然落后于外国资本主义国家，但比之中国传统的“孤矢”、“风篷”却要先进得多。早在 1872 年有人就指出：“由此观之，不数年间，中国陆路之兵，将舍孤矢之戏，而专恃洋枪之威，水师之船，将舍风篷之笨，而独取火轮之速矣。”历史的进程确乎如此。沪、宁两局所制军火的供应范围，“东输辽沈，北达畿疆，西抵雍凉，南浮湘桂”。津局“每岁所出军火，除供支本省淮练各军、轮炮各船外，加吉林、奉天、察哈尔、热河及江南分防水陆淮军，皆按时拨济；其河南等省需用火药、铜帽，亦向津取给。”事实证明，沪、宁、津三局直接促进了清军武器装备的近代化。清朝武装力量的加强，意味着反清人民的灾难。张之洞就把太平天国和捻军起义失败之后国内阶级矛盾暂趋缓和的现象，归功于洋枪洋炮的输入和制造。
当然，这并不是说沪、宁、津三局在国防方面没有起过任何积极作用。因为军队是国家机器的重要组成部分，既有对内进行阶级专政的职能，又有对外抵御外侮的职能。李鸿章说：1880 年“俄事骤起，边海两防同时吃紧”，津局“屹处海滨，谣传不一，仍不动声色，星夜趱造，外以给各军月操之用，内以备有事时攻剿之需，各路军营恃以无恐，询于大局有裨。”1884 年“法兵构衅，屡次声言北犯，北洋海口林立，逐处戒严，拨用军火繁巨，其各省咨拨者，亦较往年多至数倍，不得不倍数赶造”，“俾资接济”。及至“马尾开仗，催造调拨益形严紧，各厂皆添作夜工。”
