张之洞抚晋两年半，“清宫累，历廉洁.苏民困，核蠹弊，除吏奸”，其上任初期的举措，俱本“儒术经常之规，绝不敢为功利操切之计”。这种指导思想是他自京官清流一以贯之的。然而，晋省贫弱病困的严酷现实，特别是他诸般兴革无不遭遇重重阻拦，举步维艰，又使他隐隐察觉到”圣经贤传”提供的方略甚难奏效，从而启变通陈法，改弦更张之思。正当此时，他从省府文档中，看到英国传教士李提摩太给前任山西巡抚曾国荃的条陈，对其提出的开矿、筑路、兴学等“西化”方案颇感兴趣，便召见李氏，请闻其详。
李提摩太（1845—1919），英国浸礼会教士，同治九年（1870 年）来华，先后在山东、东北等地传教。与十九世纪来华的大多数传教土一样，李提摩太并不单以布道为自己的全部职责。“争取中国士大夫中有势力的集团，启开皇帝和政治家们的思想，是李提摩太的格言和指导原则。”他利用传教、赈灾之名，游历各地，频繁接触清廷要员。光绪二年（1876 年），他在济南会见山东巡抚丁宝桢，光绪六年，先后在太原会见左宗棠，在天津会见直隶总督李鸿章，推行其“西化”方案。光绪三年（1877 年），李提摩太以赈灾名进入山西，多方搜集社会政治经济情报。他详细调查山西各地银元与铜币比价的差异、粮价起伏、难民人数等情况，还“随身携带了一个袖珍无液气压表、沿途测量了地形的高低度”，绘制地图。在晋期间，李提摩太多次会晤巡抚曾国垄，提出“以工代赈”的救灾建议，进而拟定开矿产、兴实业、办学堂等大规模“西化”山西的计划。曾国荃虽然对李氏的赈灾“慈善”活动表示赞赏，赠与“功碑”，但对其“盗窃中国人的心”，又颇怀疑惧，对其提出的“西化”方案，也冷落一旁。
正当李提摩太失望之际，张之洞接任晋抚，又着召见，李氏自然喜出望外。他向之洞详陈己意，并在省城太原组织演讲会，每月聚会一次，李提摩太亲自登台向各官绅学士演讲天文、地理、声光电化、医药卫生等西方近代科学知识，并现场演示磁石吸铁、氧气助燃等简易实验，使与会者对“泰西新学”惊叹不已。李提摩太还单独向之洞讲解最新“别西墨炼钢法”。这一切，对于从来只接触中国传统经史典籍的张之洞和其他官绅，不啻打开了一扇新知识的窗口，有茅塞顿开之感。通过与李提摩太的接触，之洞对“西技”、“西艺”开始有了初步认识，这正是他从清流派转向洋务派的契机。
张之洞对于“洋务”，早有所闻。抚晋之前，清流派对洋务派的种种抨击，之洞也往往参与其间。但是，他本人对于洋务派的直接批评，多集中于李鸿章等主持的妥协外交，而基本未涉及洋务派在各地兴办的近代企业、军事设施、学校教育。履晋任不久，他在给张佩纶的信中还说：“如蒙朝命洋务亦许与闻，下采荛，则当抒其管蠡，不致后时发议，徒为不切题之文章也。”这就是说，他对于洋务、西学，本无顽固派那种深恶痛绝的极端排斥态度。同时，他对于“师夷长技”，早有论述：
塞外番僧，泰西智巧，驾驭有方，皆可供我策遣。近年西人著有《防海新论》一书，经上海道译出刊报通行，于外洋战争，防外海、防内河种种得失利钝，辨论至详，……拟请先购数十部发交东三省，一面令沿海各督抚向上海多购，分发诸将领。细心讲求，触类引申，必有实效。
正因为具备“师夷长技”的思想基础，又加上山西百业凋敝，振刷维艰的政治实践的刺激，特别是李提摩太西学技艺、“西化”方案所给予的启迪，张之洞迈出了向洋务派转化的第一步。
清末官僚演变为洋务派，几乎无一例外地受到西方殖民主义者的直接推动。六、七十年代洋务派的头面人物奕诉称赞英人赫德（1835—1911）“处事和谐，言谈审慎，机智而又老练”，任其为海关总税务司，实际上将赫德看作自己的“洋务”老师。八十年代洋务派的后起者张之洞聘李提摩太为顾问，指导山西洋务事业的初兴，亦属此例。
光绪九年（1883 年），张之洞令于省垣东门内新买金姓房屋，设立洋务局。并札司局，“延访习知西事，通达体用诸人，举凡天文、算学、水法、地舆、格物、制器、公法、条约、语言、文字、兵械、船炮、矿学、电气诸端，但有涉于洋务，一律广募，或则众美兼备，或则一艺名家，果肯闻风而来，无不量材委用。”并印制《延访洋务人才启》，“分咨各省”。之洞希望以此来补救“三晋表里山河，风气未开”。洋务人材匮乏的困境。他还派员向津、沪等地购买“所有新出关涉洋务各书” 。
之洞将李提摩太“西化”方案中的兴办实业条款付诸实施。他令洋务局“试造新式机器，不得吝惜工料”，刻即筹款，赴江浙地雇募机匠，在上海“购买外洋新式织机农器数种前来以为嚆矢”。
山西冶铁业历史悠久，但在“洋铁”冲击下，日渐衰疲。且当时“土铁尚沿旧例，不准出海”，更遏制了山西铁业的发展。之洞多次致电总署，要求重振晋铁，“请变通成例。改由天津出海，以轻成本。”光绪九年（1883年），张佩伦奉使山西，之洞与之议论：”购洋铁非计，宜于晋省炼铁成条。供洋局之用。”并于次年初，开始筹备有关具体事宜。后不久，之洞奉调离任，此事因而中辍。但之洞兴办民族钢铁工业的宏愿却以此萌生，并于两广、湖广总督任内切实操办，终于演成雄踞亚洲的汉阳铁厂的壮举。
发展交通，是“洋务”的重要内容，对于众山壁立，素称闭塞的山西来讲，尤其如此。之洞于晋抚任内，打开北向、东向两条通道。晋北潞安、泽州两府（今山西长治、晋城一带）旧有孔道北出太行，宋代以后，渐为棒莽所塞。之洞令民工依循故道痕迹，伐木焚草，拓宽路面，削平险阻，克日竣工。此外，之洞以晋“独力认办”，修通山西榆次什贴镇起，至直隶获鹿县土门口止的三百八十余里公路。此路穿越崇山峻岭，尤以四处最为险峻，故以“四天门”为统名以括之。沿途“巉岩峻坂溃岸长滩遍地皆是，连属不绝，无处无险，无村无工”。之洞令平定知州蒋拱辰逐段勘验，调士卒劈山填谷，于光绪十年（1884 年）四月竣工通车。编练新军，是曾国藩、左宗棠、李鸿章等洋务大吏的起家之本。之洞虽无曾、左、李等人的行伍经历，更无拥湘系、淮系一类私家武装以自重的雄心，但他对于用新式洋枪洋炮装备军队，结束“冷兵器”时代的必要性，却并不怀疑。抚晋以后，更深切了解旧式武装绿营、勇营已不可救药，必须编练新军取而代之。光绪九年（1883 年）初，之洞奏请从直隶等地募马队数百名来晋训练，未获应允。不久，他再上奏折，陈述”晋省绿营疲弊，为各直省之最”，拟“择防勇之精壮者挑补，仿直隶章程为练军”。在《密陈北军应练片》中，他表白“锐意欲办山西练军”，“并不独为山西一省计也。果使此军练成劲旅，不惟可以挑补晋省练军，沿边万余里，随处皆可用之。”朝廷批准了他的计划。记名总兵李先义、补用副将吴元恺等奉调人晋管带操练。张之洞编练新军的努力从此发端。李、吴等人此后亦成为之洞编练广胜军、自强军和湖北新军的重要将领。