通过科举之途，学优登仕，是千余年间中国士子的必由之路，历来被视作“正途”。世宦之后张之洞当然也不例外。如果说有什么特殊之处的话，那便是他的科举之途，较之其先辈及同时代的多数学子更为顺利、畅达。
按照科举制规定，考秀才、举人，必须于原籍应试。道光二十九年（1849年）十二岁的之洞与兄长同行，取道湘、鄂，回故乡直隶南皮应童子试，中生员，翌年入县学，成为秀才。咸丰二年（1852年）之洞参加顺天府乡试，中式第一名举人，“一时才名噪都”。乡试头名称“解元”，是科场上难得的荣耀。喜讯传至兴义，张锳心花怒放，自不待言；之洞的业师胡林翼，亦兴奋至极，他致书张锳称：“得令郎领解之书，与南溪开口而笑者累日。”。之洞得知此事，更感激恩师的栽培之情。三十多年后，之洞于湖广总督任内，特地前往武昌胡林翼祠，凭吊恩师：
张之洞中举后，寓居京师外祖父蒋家。咸丰三年（1853年）春，太平军攻克金陵（今南京），改称天京。五月，洪秀全令林凤祥、李开芳率师北伐，“师行间道，疾趋燕都”，京师震动，畿辅戒严。一片风声鹤唳中，之洞于七月离京，顺运河而下。时值霖雨兼旬，孤身舟中，四顾茫茫，之洞赋诗感怀：
十六岁的新科解元，忧愤交加地诅咒农民战争可能会葬送自己的前程。
更现实的危险接踵而至。咸丰四年（1854年）春，之洞回到兴义父亲身边。此时的张锳，顾不上抚慰旅途劳顿的游子，他正全力对付此伏彼起，兵临城下的各支农民军。这几年，借助太平军的声威，贵州各地，义军纷起。独山杨元保、安南涂令恒、铜仁梅济鼎等先后发难。咸丰四年（1854年）秋，遵义府桐梓县杨凤，举太平军旗号，聚千余众起事，屡败进剿清军，连克仁怀、龙泉、绥阳等城，队伍发展至万人，于十一月包围兴义府城。张锳率部及家人婴城固守，之洞兄弟皆登陴苦战，三昼夜不息。情况最危急时，张锳令堆积柴草于城楼，一旦城破，即举家自焚。后张锳“阴缒死士下城绕出贼后”，里外夹攻，击退义军，方转危为安。之洞在《铜鼓歌》中，曾记载了这一血火之役：
这一年冬，之洞成婚。新娘是嘉庆癸酉（1813年）拔贡、贵州都匀知府石煦之女。石夫人给之洞留下一子（权）、一女（檀）。婚后，之洞仍留父亲军中。张锳剿灭杨凤农民军，又击退苗民起义。之洞于戎马倥偬之中，温习功课，准备于科举之阶更上层楼。咸丰五年（1855年）秋，之洞携夫人辞别父亲，取道川、陕赴京就试。也许是经历了更多的人生磨难，此次北行，之洞未见褪减的功名之心，又平添了几分家国忧思。他由黔入川，渡江迤逦北行，经潼川、剑阁、宁羌，入陕南。他在《宿宁羌州》诗中称：
咸丰六年（1856年）四月，之洞参加礼部试，被录取为觉罗官学教习。觉罗，是清太祖努尔哈赤之父显祖叔伯兄弟和各支子孙的称谓。觉罗官学，是专为觉罗子弟设立的学校。觉罗官学教习，由礼部从京省举、贡、生员中选录，于会试正科之后举行考试。被选录者依次补用，三年期满后可补放知县，故不失为仕途终南之径。
之洞在京候补，于秋天接到父亲病故的噩耗。张锳与农民军周旋数年，积劳成疾，屡乞解甲未果，终因沉疴不起。离开营伍仅二十余日，于咸丰六年七月廿五日（1856年8月25日）辞世。七天以后，贵州都匀府城被起义军攻陷，知府石均被杀，前知府鹿丕宗自焚。石均是之洞的妻兄，而鹿丕宗之子传麟，又是之洞的姐夫。农民军沉重打击了清王朝，也给青年张之洞以深深的震撼。
依循传统礼教，咸丰七、八年（1857、1858年），之洞在籍守制。咸丰九年（1859年），守制期满，之洞拟赴京参加会试，因族兄张之万（18ll—1897）为同考官，循例回避，未能应试。次年，因同一原因，继续回避。这一年，英法联军攻陷京师，火烧圆明园，咸丰皇帝逃避热河。之洞感愤时事，作《海水》诗以纪之：
仕途停顿，国势衰微，百无聊赖中，之洞于此年秋至济南，入山东巡抚文煜幕府，碌碌度日。就在之洞倘徉于大明湖、趵突泉的湖光水色之中消磨岁月之时，晚清政治史上的一大事变发生了。咸丰十一年（1861 年）八月，咸丰帝奕詝（1831—1861）死于热河避暑山庄。不满五岁的载淳（1856—1875）继位，初号祺祥，明年改元同治。同治帝生母那拉氏（1835—1908）联络恭亲王奕訢，发动“祺祥政变”，处死赞襄政务王大臣载垣（？—1861）、肃顺（1816—1861），“垂帘听政”，把持朝政。她便是晚清声名昭著的慈禧太后。济南府中二十四岁的幕客张之洞不会想到.紫禁城里这个权谋老辣的女人，日后竟然成为高照自己仕宦之途的“福星”。
同治元年（1862 年）三月，之洞入京会试。三场试毕，各生试卷循例分送各同考官品评，再呈主考取舍。之洞试卷送至内阁中书范鹤生处，范颇称其才，亟荐于主考郑小山，终未获隽。范鹤生惜才心切，为之“竟夕永叹”。会试不中，但之洞仍被挑取为誊录第三名。按清制，誊录为书吏之职，朱笔誊写乡试、会试之试卷，再呈考官评阅，以防舞弊。另外，在方略馆等处任缮写者，亦名誉录。之洞当然不屑于此，遂怏怏离京赴豫，入左副都御史、内阁学士毛昶煦（？—1882）幕府，襄助督办团练、围剿捻军。不久，族兄之万由礼部侍郎外放河南，署河南巡抚。之万不忘屡次为己所累的族弟，迎之洞入署。之洞为之代草奏章，每获朝廷赏识。如《请厘定折漕疏》，两宫皇太后嘉其“直陈漕弊，不避嫌怨，饬部施行”。在代草奏章中，之洞往往借以抒发己见，评议国是，间有迕时之论，之万便笑而置之，曰：“稿甚佳，留待老弟任封疆入告未晚”。
人文煜、毛昶煦、张之万幕府的这一段经历，为时虽短，但使之洞增长了宦场必须的见识和经验，也锻炼了行政能力，可以说是他青年时代的“出仕实习”。
同治二年（1863 年）三月，之洞赴京再次参加会试。无巧不成书，之洞的试卷这次居然又送至考官范鹤生案头。范再次力荐，得中，榜列第一百四十一名贡士。范鹤生欣喜不已，赋诗四首以记之。其一曰：
之洞十分感激房师范鹤生的提携之恩，作诗唱和：
四月复试，之洞得心应手，榜列一等一名。接下来是最后一关殿试对策，之洞洋洋洒洒，两千余言一挥而就。求才、纳言，本是士人的“常规”话题，之洞自然旁征博引，信手拈来。但他意犹未尽，笔锋一转，指陈时弊：“今日人材之乏，资格太拘，科口太隘致之也”。“今世士大夫习为柔懦”，“殚精毕世但攻时文，一旦释褐从政，律令且不晓，何论致治勘乱之略哉！”“今天下大患在于贫，吏贫则黩，民贫则为盗。军贫则无以战，而其原自不俭始”。甚至当朝皇上，也受到批评：“陛下慎重名器之深心，而臣窃以为过计”。难得有这样直抒胸臆的机会，之洞又提出自己的政治主张，“任人者治，任法者乱，”“夫杀一贼不如使氏少增一贼之为功多也；求一良将不如选一良吏之为力易也，二者固宜深思而蚤计也。”这样一份“不袭故套，指陈时政，直言无隐”的殿试对策，在读卷官中引起争议，多数人议置于三甲之末，独大学士宝鋆十分赏识，以为奇才，置二甲第一。试卷进呈两宫，西太后将之洞拔置一甲第三，中“探花”，赐进士及第。慈禧信用之洞，此肇其端。四月二十八日，从新进土中选拔庶吉士的朝考于保和殿举行。之洞是一甲第三，已取得翰林资格，不过循例陪考，因此毫不紧张，又考得一等第二。五月初八，引见两宫皇太后，授翰林院编修。同冶四年（1865 年）四月，之洞参加庶吉士散馆考试，又列一等一名。五月，结发夫人石氏病卒于京师寓所。之洞回想十年来的患难恩爱，如今自己即将步入宦途，正待一展抱负，封妻荫子，夫人竟撒手而去，不禁潸然泪下：
次年四月，之洞参加翰林大考，竟发生卷面脱字之误，这在他多年科考经历中是从未有过的。卷面脱字，乃科考大忌，之洞因此仅列二等第三十二名。尽管如此，他还是被选派出任浙江乡试副考官。十余年的科场奋斗，至此终结，从而开始了漫长的宦海生涯。综观之洞的科举之途，虽经坎坷，终成大器。十三岁成秀才，十五岁荣登解元，二十六岁题名探花，这是一份颇令士子歆羡的履历。相对于万千皓首穷经，亟亟科场功名而终生不可得者，之洞无疑是幸运者，可谓少年得志，因而荣膺对誉：“近日科名之早者，盛推南皮张香涛”。