剿捻结束之后，李鸿章看出清廷对自己的猜忌，于是效仿曾国藩，开始裁撤淮军。李鸿章为了保留淮军的精锐，求助于新上任的两江总督马新贻，希望在军饷上能够继续得到他的支持。湘军和淮军的军饷一直主要来源于两江地区。马新贻不顾得罪李鸿章和曾国藩，是爽快地答应了李鸿章的要求。李鸿章还把湖广的厘金和关税的百分之四十充作军饷，使淮军的军饷比以前大大增加了。
李鸿章在湖广期间，清廷给他安排了很多杂事。一会儿被派去四川，一会儿被派到贵州，还派他去协助左宗棠到陕西镇压回民起义。李鸿章实在不喜欢左宗棠这个人，不愿意再与左宗棠合作，他写信给曾国藩说，和左宗棠共事的滋味如同嚼蜡。于是李鸿章找种种理由拖延去陕西的时间，直到接受命令的四个月之后，才赶到西安。这时候，是 1870 年的 7 月。
1870 年 6 月 21 日，发生了震惊中外的“天津教案”。教案的起因是这样的：在此前后，法国天主教育婴堂的婴儿由于传染病死了 30多个，老百姓纷纷谣传，说是教会的人雇人用迷药拐骗儿童，然后把孩子弄死，挖出心肝做药。这一天，天津的群众抓了一个拐骗儿童的人贩子叫武兰珍。武兰珍交代说，卖给自己迷药的是一个名叫王三的教徒。群众群情激愤，跑到教堂去要人，结果教堂里没有王三这个人。闻讯赶来的法国驻天津领事丰大业气势汹汹地要求崇厚（当时的三口通商大臣）镇压，崇厚没有答应。丰大业气急败坏，朝崇厚连开两枪，崇厚躲开了。丰大业后来遇见了前来劝和的天津知县刘杰，又向刘杰开枪，打伤了刘杰的助手。群众见丰大业如此蛮横，冲上去打死了丰大业和他的秘书。然后，冲进教堂，打死了 20 名洋人和传教士，并放火烧毁了法国教堂望海楼和育婴堂、法国仁慈堂、美国布道堂、英国讲经堂等多处。
事后，法国联合美、英、俄、德等多国向清政府提出抗议，各国军舰聚集于天津和烟台，进行武力恐吓。在剿捻成功之后，清廷因为曾国藩的赫赫军功，同时也是惧他坐大地方，就以裭夺兵权、明提暗抑之手段，将他直接调来中枢，任直隶总督兼北洋大臣。天津教案一发，朝廷即派曾氏前去处理。曾国藩深知，此事事关洋人，干系十分重大。临行前，他甚至给儿子写好了遗书，并买好一口楠木棺材，准备以死赴任。曾国藩这一生，自杀多次，多次写过遗书。也许，这是曾国藩内心深处的那种强烈的悲观主义色彩的体现。在处理天津教案过程中，曾国藩迫于洋人的压力，先后逮捕了 80 多人，其中定为死罪的20 人，流放的 25 人。还把天津知县刘杰、知府张光藻革职充军。一时间，舆论哗然，纷纷指责曾国藩“卖国求荣”，“为洋人献媚”。曾国藩面对内外压力，支撑不住，希望朝廷另请高明。
事实上，自天津教案发生之后，李鸿章一直在观望曾国藩的处理方式。说实话，他对曾国藩的做法也是不甚满意。恰在这时，李鸿章忽然接到诏令，让他火速带兵到京畿一带备战，并任命他为直隶总督以接替曾国藩。李鸿章马上渡过黄河，到达直隶边境，但是他并不急于马上去天津接任。他给清廷写信说，淮军只能在直隶边境驻扎，如果离北京、天津太近，容易引起列强的疑心，引发战争。他到达保定之后，又给曾国藩写信说，自己的肝病复发，需要调养一段时间。李鸿章把自己处在一个可进可退的位置，并不去理会曾国藩的烦恼。这时候的李鸿章，在官场使用手段谋略，远远超过自己的老师。这也应验了曾国藩当年对李鸿章的评价。当年，提到对李鸿章未来的展望，曾国藩曾对李瀚章说过“青出于蓝而胜于蓝”的话。
李鸿章在奏折中明确提出，第一，说教堂拐卖儿童、挖心肝、挖眼并没有确凿的证据。第二，崇厚平时对外国人献媚的行为早就深深引起了百姓的不满，所以此事是个导火索。第三，丰大业开枪射的朝廷命官，也是罪不可赦。第四，群众仅打死 20 个洋人。可见中外双方各有不是。所以处理时应本着和平解决的原则，一是必须捉拿凶手，一个是应当赔钱。但是，赔钱一定要有限度，更不能以割地为要挟。李鸿章在奏折上还说，如果我方在于情于理都站得住脚的原则下妥善处理之后，洋人还敢无理取闹，我们就和他们决一死战。李鸿章和外国人巧妙周旋，据理力争。他通过谈判，把死刑犯人数减少了4 名。有人提出火烧望海楼的主谋是陈国瑞，李鸿章多方努力，保住了他。此外，协助办理教案的丁日昌，偷偷用大牢里的死刑犯换出了真正的反洋教领袖。据说，这也是李鸿章授意所为。李鸿章还筹集各方面的捐助并和曾国藩拿出自己的积蓄，总共凑了 2 万两银子，送给张光藻和刘杰，算是对他们经济上的一点补偿。
李鸿章后来给曾国藩写信说，和洋人交往，不妨稍微用一点“痞子腔”，不要轻易用死来逃避责任。说起“痞子腔”，还有一个故事。李鸿章在接办教案前，曾国藩问他，去天津之后会经常和洋人打交道，你准备用什么方式和洋人交往呢？李鸿章回答说，和洋人交往，我不妨就用点“痞子腔”（安徽话，就是耍一点青皮流氓的手段）。曾国藩劝慰道，我认为，洋人也是人，你和洋人交往还是应该笃信一个“诚”字，以诚待人。李鸿章总结多年和洋人交往的体会，好像并没有听从老师的话。
1872 年 3 月 12 日，曾国藩因病去世。临死前，他对“天津教案”一事的处理悔恨交加，自责不已。曾国藩一辈子都讲究处事原则，讲究品德和修行的重要性，未料到自己晚节不保，心中的苦楚可想而知。李鸿章闻讯悲痛不已，热泪盈眶，他提笔写下挽联：
天津教案之后，李鸿章开始担任直隶总督兼北洋通商事务大臣，他在这个位子上整整坐了25年。在这 25 年的时间里，李鸿章开始了他的多方面的活动。其中包括政治活动、洋务运动，军事活动和主理清朝的外交事务。