张之洞督鄂十余年，倾全力于近代机器工业的兴办。他排除万难，百折不回，终于在武汉建立起包括冶金、矿业、军工、纺织等行业的门类比较齐全的近代大工业体系。尽管其中积习因循，衙门作风充斥，经营状况不尽人意，但它毕竟打破了传统的小生产方式的一统天下，奠定了民族近代工业的根基。
（一）亚洲第一家大型钢铁联合企业——汉阳炼铁厂
张之洞督粤期间，便萌发创办民族钢铁工业之思，并已付诸实施，筹集款项，向外商订购设备。正在进行之中，奉调至鄂。此事本已中辍，但接任粤督者李瀚章为一守旧官僚，无意于续办之洞未竟之业。其弟李鸿章亦不愿乃兄多事，力主将已购设备移鄂。表面上看，李鸿章此举正遂之洞的心愿，其实背后李鸿章却隐藏着“黄鹤楼上看翻船”的心理。李鸿章深知创建钢铁工业殊非易事，凡承担者便背上一大包袱。他在给乃兄李瀚章的信中，便披露了这种深意：“香复海署，抑扬铺张，欲结邸欢。即准拨部款，恐难交卷，终要泻底。枢廷皆知其大言无实也。”
不管别人如何算计，张之洞袍定“愚公移山，有志竟成”之意来创办中国第一家钢铁联合企业。光绪十六年（1890 年）四月，海军衙门正式允准铁厂移鄂。五月，之洞即于武昌宝武局公所设立铁政局，次年移至武昌三佛阁，委派“器端识远，心细才长，熟习洋情，曾充美国等国翻译参赞等宫”的湖北补用道蔡锡勇（？—1896）为总办，主持其事。
创业伊始，举步维艰。厂址的选定便颇费周折。按照西洋惯例，大型钢铁企业选址，或近煤矿，或近铁矿，取材便利，经济合算。李鸿章建议近煤矿设厂，但当时鄂境内尚未勘得大型煤矿。盛宣怀建议设厂于黄石，以便就近取用大冶铁矿。之洞从便于亲自督察管理及产品销售着眼，决定煤铁两不就，令于省城武昌附近择址而建。先后勘得塘角、金鸡垸两处，均不合宜。最后于武昌对江的汉阳大别山（即龟山）麓觅得一地，之洞拍板定夺。在致海军衙门的电报中，他报告说：
今择得汉阳大别山下有地一区，长六百丈，广百丈，宽绰有余，南枕山，北滨汉，面临大江，运载极便，气局宏阔，亦无庐墓，与省城对岸，可以时常亲住督察，又近汉口，将来运销钢铁货亦便，惟须填筑地基九尺，则盛涨不淹，沿汉亦须增堤数尺耳，筑地虽贵，较之他处筑闸开河，所省尚多。
开厂所需巨额经费，更令之洞绞尽脑汁。由于经验不足，之洞原以为两百万银两便可成事，而海军衙门曾应允从铁路款项下拨出此数以供开支。殊不知这仅是一张空头支票，从未兑现。而实际建厂费用又远远超出二百万两之数。之洞无奈，只得左右腾挪，四处借贷，截留应缴部款，以敷急用。从以下奏折，可见其乞援窘象之一斑：
臣夙夜焦急，再四筹思，惟有向广东借拨之一法。……铁厂本系由粤移鄂，武营四成报效及银元余款又系臣在粤创办之举，每岁增常款数十万金，今为铁厂仅借用五十万两，开炼钢铁，筹备军实，当务之急，无逾于此。李瀚章公忠体国，轸念时艰，必能设法腾挪，迅速拨解济用，助成自强要举。
汉阳炼铁厂从创始到光绪二十二年（1869 年）交商承办，共耗银五百六十八万两，这是晚清洋务企业中耗资最多的。其铢积寸累之艰辛，并不为人所理解。光绪十九年，有人参劾：“张之洞自移督湖广以来，议办炼铁，并开煤铁各矿，乞留巨款，轻信人言，浪掷正供”。此劾虽经两江总督刘坤一禀饬查实驳回，但之洞对于讹传非议的愤愤之情，实难平复：
至于工作之繁重，外洋购料之周折，分设各厂之辽阔，华匠学制之艰难，亦皆凿凿有据之事，从来身居局外者既非身习其事，又未目击其难，往往以道路传闯之语悬揣苛求，……视为不烦巨款而办，不需多日而成。
光绪十七年（1891 年）元月，汉阳炼铁厂正式破土动工。两年以后，所属炼生铁厂、炼贝色麻钢厂、炼熟铁厂、炼西门士钢厂、造铁货厂、造钢轨厂、鱼片钩钉厂陆续告竣。光绪二十年（1894 年）六月，高炉开炼，之洞亲临铁厂视察一周。汉阳炼铁厂的建成投产，比日本第一家近代钢铁联合企业八幡制铁所早七年。它的规模在当时的亚洲首屈一指。一个日本人写的报道，描述了炼铁厂的宏伟：
登高下瞻，使人胆裂：烟囱凸起，矗立云霄：屋脊纵横，密如鳞甲；化铁炉之雄杰，碾轨床之森列，汽声隆隆，锤声丁丁，触于眼帘、轰于耳鼓者，是为二十世纪中国之雄厂耶！
美国驻汉口领事查尔德称，“这企业是迄今日为止，中国以制造武器、钢轨、机器为目的的最进步的运动，因为这个工厂是完善无疵的，而且规模宏大，所以就是走马看花地参观一下，也要几个钟头。”《东方杂志》也刊载了西方人士的惊呼：
汉阳铁厂之崛起于中国，大有振衣千仞一览众山之势，证诸领事之报告，吾人预知其不可量矣。中华铁市，将不胫而走各洋面，必与英美两邦，角胜于世界之商场，其关系非同毫发，英美当道，幸匆以幺幺视之。……呜呼！中国醒矣，此种种费祸，较之强兵劲旅，蹂躏老羸之军队尤可虑也。
这表明，汉阳炼铁厂的建成不仅具有经济上的意义，而且对于振奋民族精神，提高中国的国际地位，都产生了积极的影响，其作用不可小觑。
无容讳言，由于当时整个中国社会政治制度状况及经济发展水平的限制，特别是张之洞本人并非资产阶级化的企业巨头，而是比较开明的封疆大吏，其思维方式、知识构成、管理作风，均很不适应于近代大工业的基本要求，汉阳炼铁厂在从筹建到开工以及此后经营的过程中，违背客观规律和经营法则的情况屡屡出现，严重影响了建厂速度，产品质量和经济效益也无法保证。
不事先勘定足量、优质、适用的煤、铁矿资源，办大型钢铁联合企业便无异搞“无米之炊”。恰恰在这个问题上，张之洞掉以轻心。他沉浸于“以中国之大，何所不有”的虚骄情绪之中，凭藉主观愿望行事，先购机，后找矿。待到英商提供的贝色麻炼钢炉运到，才发现准备投料的大冶铁矿石含磷量高达 0.25％，而依据酸式炼钢法设计的贝色麻炉无法除去如此数量的磷成分，必须改用碱法马丁炼钢炉，方可炼出合于制造铁路路轨的钢材。仅此一误，便造成巨大浪费。
煤矿供应，问题更大。官办汉阳炼铁厂最后经营失败，这是致命伤所在。之洞在粤时，“虽有创办钢厂之伟画，而煤在何处，固未遑计及也。”到湖北后，之洞聘德、比等国矿师四出巡访踏勘，足迹遍及湖北、湖南、江西、贵州、陕西数十州县。几经周折，最后选定大冶王三石、江夏马鞍山两处，投资开掘。王三石矿耗资五十万两，结果挖出大水，只得停工。马鞍山矿不仅产量有限，而且含硫磺过多，不甚适于炼焦之用。无奈之下，之洞只得舍近求远，购买开平之煤，甚至从英、比、德等国进口焦炭，以供铁厂之需。这不仅费用昂贵，而且供应无法保证。高炉于光绪二十年（1894 年）六月开炼，不到半年便因煤炭不足被迫停炉。此后一直开工不足。
在工厂管理方面，也弊病丛生。上上下下一派衙门作风，冗员充斥，互相推诿，“每出一差，委员必十位，八位，爵秩相等，并驾齐驱，以致事权不一，互相观望”，这些人管理现代化工厂一窍不通，但营私舞弊却是行家里手。“厂中共用洋员四十余人，华员数倍之，无煤可用，无铁可炼，终日酣嬉，所费者又不知凡几。”有人统计，汉阳炼铁厂官办期间所耗五百六十余万两银中，真正用到实处的不过二百余万两，“其余皆系浮费之款，于公司毫无利益。”由于以上原因，汉阳炼铁厂的经营情况十分糟糕。“如每日冶炉化出生铁一百吨，将亏本银二千两，是冶炉多煽一日，即多亏本一日”，“炼铁仅开一炉，每年仅出铁一万五千余吨，亏折甚巨；欲添开一炉，则须增银五六十万两，无从筹措。加以所聘洋员一再更易，良工难得”，铁厂经营实在难以为继。之洞已使出全身解数，仍无回天之力，”鄙人实无颜再向朝廷请款，亦无词可以谢谗谤之口，是死症矣。”
为了使汉阳炼铁厂得以生存下去，之洞致电蔡锡勇：“铁厂一切经费拟包与洋人。有愿包者否？每年经费若干？建询各洋匠，电复。”但此议大受反对。湖南巡抚陈宝箴致电之洞：忽闻铁政将与洋商合办，极感怅然。我公此举原为铁路、枪炮及塞漏卮而设，诚中国第一大政，我公生平第一盛业。今需用正急，忽与外人共之，与君初意大不符合。且此端一开，将无事不趋此便易之路，彼资日增，我力难继，必至喧宾夺主，甚为中国惜之。
电文句句在理，再上之洞本意并非不愿揽华商承办，而是怀疑华商恐无此财力；而洋商出于种种考虑，也无人敢于贸然接手，在这种情况下，蔡锡勇通过湖北纺纱局总办盛春颐，向其伯父直属海关道盛宣怀（1844—1916）活动，劝其接办。前此，盛宣怀即有商办汉阳炼铁厂的念头，但当时之洞不以为然，“公谓路舰炮械非铁不成，正须官力扩充，招商非计”。另外，当时盛与李鸿章关系十分密切，之洞亦不愿铁厂权力旁落他人之手。但是到了之洞不得不认铁厂只有“招商承办之一策”的光绪二十二年（1896 年），情况发生变化。甲午战后，李鸿章权势显下落之态，而张之洞却声望日高，盛有心向张靠拢，并企图以承领铁厂作为揽办芦汉铁路主权的筹码。虽然他知道接办铁厂困难重重，“徘徊中夜，毫无成算”，但还是亲赴武昌，与之洞会商。“盛道此来与之细谈，……大意谓铁路若归鄂办，则铁有销路，炼铁之本，可于铁路费内挹注。正筹议间，适闻有芦汉铁路交王夔帅（引注：直隶总督王文韶）及敝处督率商办之旨，渠甚踊跃，谓亦愿招商承办。……盛若令办铁路，则铁厂自必归其承接，如此则铁厂全盘皆活。”
由于双方各有所图，很快达成协议。光绪二十二年四月，张之洞正式札委盛宣怀督办汉阳炼铁厂，由盛招集商股，官督商办。一切事宜由盛“一手经理”，“但随时择要禀报本部堂查考”。双方议定承办铁厂章程，规定嗣后该厂需用资金，“无论多少，悉归商筹”，此前所用官本数百万两，“概由商局承认，陆续分年抽还”，其具体办法是：“俟铁路公司向汉阳铁厂订购钢轨之日起，即按厂中每日生铁一吨抽银一两，即将官币数百万抽足还清，以后仍行永远按吨照抽，以为该局报效之款。”为使铁厂有一个较好的经营环境，章程又规定今后无论官办商办铁路所需之钢轨及应用钢铁料件，“必要专向湖北铁厂随时定购”，并给予该厂免税十年的优惠条件。
光绪二十二年（1896 年）四月十一日起，汉阳炼铁厂由官办企业变成盛宣怀主持的官督商办企业。两年以后，勘得“磺轻灰少，炼焦最佳”的江西萍乡煤矿，基本解决了铁厂燃料问题。光绪三十四年（1908 年），汉阳铁厂、大冶铁矿及萍乡煤矿组成“汉冶萍公司”，盛宣怀任总经理，完全取消“督办”名义，成为纯粹的商办企业。
汉阳炼铁厂自开炉到交商承办前的光绪二十一年（1895 年）十月，共产生铁五千六百余吨，熟铁一百一十吨，生产贝色麻钢料九百四十余吨，马丁钢料四百五十余吨。产量之低与巨额投资不成比例，经营可以说完全失败。但是，中国近代民族钢铁工业正是从这里起步。我们可以批评张之洞在创办汉阳炼铁厂过程中的种种失误，但绝不可因此抹煞他筚路蓝缕，以启山林的开创之功。“当时风气锢蔽，昏庸在朝，苟无张之洞卤莽为之，恐冶铁、萍煤至今尚蕴诸岩壑，亦未可知。”毛泽东说，研究近代中国的工业发展史，不要忘记张之洞，道理就在于此。
（二）晚清较大较先进的军工企业——湖北枪炮厂近代军工企业，始终是洋务运动的投资重点。无论外御列强，内靖民变，新式军事装备的重要意义都是不言而喻的。这已成为晚清朝野上下的共识。中法之战，张之洞亲身体验到购枪炮于外洋，处处掣时的滋味，更坚定了“详筹时势，必须设厂自铸枪炮，方免受制于人，庶为自强持久之计”的信念。他于光绪十五年（1889 年）七月正式具奏于广州附近筹建枪炮厂，但寻即奉调至鄂。之洞离粤，李鸿章立即插手，企图移厂至通州或天津，置于北洋控制之下。之洞则力争将其与炼铁厂一同迁往湖北。他提出三条理由，其一，枪炮厂移鄂可就煤铁之便；其二，湖北为九省通衢，所出枪炮无论接济腹地各省，转运沿海均极方便；其三，在鄂建厂可开内地闭塞风气，且于西路边防有利。总理海军衙门的醇亲王奕訢惟恐淮系势力过于膨胀，尾大不掉，倾向于之洞一边。移枪炮厂于鄂，遂成定议。
湖北炮枪厂于光绪十八年（1892 年）动工，两年后落成。初与汉阳炼铁厂合署办公，亦由蔡锡勇主持，至光绪二十一年（1895 年）始行分离。
张之洞建湖北枪炮厂，“器必求精求新”，他通过驻德公使许景澄订购当时最先进的小口径枪、新式快炮及炮架、炮弹、枪弹等成套设备，不惜屡屡追加货款。该厂所能生产的七九式步枪、口径六至十二厘米的陆路快炮、过山快炮，均属当时较先进的军事装备。之洞又以大而全为建厂原则，“惟子药、铜料贵能自制，无一外购，方符本意。”枪炮厂内，又设无烟药、罐子钢等厂，以避免可能出现的有械无弹、无料制械局面。光绪三十九年（1904年）之洞“奏称枪炮厂内分厂林立，厂各有名，非枪炮二字所能包括，请改名为湖北兵工厂。”
枪炮厂的建设、生产，费用浩大。“计支用购买枪炮各机械价银一百七十二万一千七百两；建筑厂屋，计银四十八万八千八百两；购买材料，计银五百二十三万两”。其始常年经费约三十六七万两，其后增至八十余万”。更严重的是，枪炮厂全部产品均由清政府无偿调拨，不能进入市场，没有贷款收入。如此资金周转更显捉襟见肘。之洞请求朝屯旨各省拨款嘱鄂代造军械，但未获效果，只得从土药正税及过境税、川盐淮盐厘金、米谷厘金等地方财政中拨用。还向官绅“劝捐”，如湖北黄冈在籍提督刘维桢曾捐银二十万两，充作枪炮厂设备费用。在资金周转困难时，还动用铁厂经费及织布局股金，以救燃眉之急。甚至不惜重息向外商瑞记洋行、高林洋行借款。光绪三十三年（1907 年），“兵工厂共欠汉口华洋商款五百余万，至年终竟至无可归还，由善后局设法拨出二百余万发还商款，其支绌可见一斑。”
湖北枪炮厂虽然从创建投产时间上看，要晚于上海、南京、天津等地的其他洋务军工企业，但其设备、产品之先进，明显地后来居上。它生产的步枪“汉阳造”，直到本世纪中期，依然是中国主要步兵武器。张之洞的学生吴禄贞称该厂“植中国军械专厂之初基”，是符合史实的。继之洞总督湖广的陈夔龙（1855—1944）到任后前往工厂视察，“目睹其制度宏阔，成效昭然，窃叹为各行省所未有。”他还在奏折中报告了湖北兵工厂的生产实绩：
经升任督臣张之洞经营缔造，十有余年，逐渐扩充，规模卓著。综计自开机制造以来，共造成步、马快枪十一万余支，枪弹四千数百万颗，各种快炮七百四十余尊，前膛钢炮一百二十余尊，各种开花炮弹六十三万余颗，前膛炮弹六万余颗，枪、炮器具各种钢胚四十四万六千余磅，无烟枪、炮药二十七万余磅，硝镪水二百数十万磅。
与张之洞在鄂创办的其他官营企业一样，湖北枪炮厂在管理方面也屡出疵漏。光绪二十年（1894 年）六月，枪炮厂建成，一月后即发严重火灾，新建厂房、机器付之一炬，损失折银约三十万两，严重影响了中日战争期间中国军队的装备供应。光绪二十七年（1901 年）五月，钢药厂又发生惨重的爆炸事故，在场的我国近代著名化工专家、二品衔直隶候补道徐建寅及官员、工匠共十四人，”同时轰毙，尸骸焦烂碎裂，收检不全，惨不忍睹。”
（三）华中近代纺织工业之奠基——湖北布、纱、丝、麻四局
中国社会长期以来形成小农业与家庭手工业相结合的传统产业结构，个体手工经营的棉、麻、丝纺织业历史悠久。但是近代以来，它受到倾销而至、价廉物美的洋纱、洋布的强烈冲击，市场萎缩，前途堪虞。洋务运动为挽民族权利，开办了不少近代机器纺织企业，如左宗棠办兰州机器织呢局（光绪四年）、李鸿章办上海机器织布局（光绪八年）等。但在华中地区，截至张之洞督鄂，近代纺织工业尚为一片空白。
光绪十五年（1889 年）十月，张之洞调任湖广总督，原订购的纺机亦移往湖北。他与接任两广总督的李瀚章商议，原作纺织厂资本的“闱姓”捐款同时全部拨调至鄂，作为粤、鄂两省合办织布官局的资本，赢利均分。后来李中途变卦，“以粤省用宏费绌，未肯全拨”，之洞提出只拨十六万两，作为广东股本投资，年息六厘。为弥补费用不足，之洞又将广东向山西善后局借款二十万两移拨至鄂，付年息九厘。同时还向英国汇丰银行借款十六万两。多方筹措，方凑足开厂 费用。
光绪十六年（1890 年）底，湖北织布官局于武昌文昌门外破上兴工，两年后建成，装英国布机一千张、纱绽三万枚，雇工两千五百人。产品有原布、斜纹布、花布、面巾等，月产两千匹，每匹十丈。投放市场，销路很好，“甚合华人之用，通行各省，购取者争先恐后，以故货不停留，利源日广。”光绪十九年至二十七年（1893—1901 年），织布官局共产原色布三十三万另九百一十六匹，斜纹布一万一千七百八十五匹。正如织布官局大门口之洞亲题的楹联：“布衣兴国，蓝缕开疆”，华中地区的机器纱织工业从此奠基，并在一定程度实现了“略分洋利”的目的。“自湖北设织布局以来，每年汉口一口进口之洋布，已较往年少来十四万匹。”
织布官局初见成效，之洞又筹建纺纱官局。他说：“北自营口，南至镇南关，洋纱一项进口日多，较洋布行销尤广。川楚等省或有不用洋布之区，更无不销洋纱之地。开源塞漏，断以此为大宗。”他建纺纱局的目的有二，一是抵制洋纱，堵塞漏卮；二是为其他企业积累资金，“既能辅佐布局之不逮，兼可协助铁厂之需要。”
张之洞通过驻英公使薛福成，与英商谈判，用分期付款的方法订购纺纱机。英商同意先付四分之一货款，其余三年内付清，交货后六厘起息，机器两年内交货完毕。即便如此，之洞还是拿不出所需现银，他决定招集商股，以助官办。最后集得商股三十万两，官府拨款三十万两，作为购机开厂经费。之洞原计划建南、北两个纱厂，共装纱绽九万枚。北纱厂首先兴工，光绪二十三年（1897 年）建成投产，装绽五万，是为湖北纺纱官局。投产后不久，官、商即生龃龉。商人以为官权太重，提出异议。之洞以为“但欲官助商人之赀，而不欲官问商人所办之事，似此用款无定，成见难融，是官商合办之局诸多窒碍，自不能不另筹变通办法”，原商股三十万两，退还一半，另一半作为官方借款，年息八厘。纺纱官局开工后，经营情况不错，光绪二十五年（1899 年）一年即获利约五万金。南纱厂原定装纱绽四万，但因财力不逮，无法兴工。这批纱绽后由张謇（1853—1926）接手，建成南通大生纱厂。
湖北蚕桑业发达，但丝绸织造惯用土法，品质低劣。之洞以为“惟民间素未见机器缫丝之法，无从下手，亟应官开其端，民效其法。”他派湖北候补道刘保林赴沪考察，并将鄂茧在沪试缫，结果十分满意。之洞遂于光绪二十年（1894 年）十月五日上《开设缫丝局片》，内称“（湖北）土性素亦产丝，而制造不精，销流不旺。”若仿沪、穗等地，“用机器缫丝者，较之人工所缫，其价值顿增至三倍，专售外洋，行销颇旺”。同年底，于武昌望山门外购地建厂，遴选“家道殷实，综核精明，久居上海，其家开设机器缫丝厂有年，且在汉口设有丝行，情形极为熟悉”的候选同知黄晋荃主持其事，官督商办。黄在上海筹商股两万两，官本八万两，以作开厂经费。光绪二十一年（1895 年），湖北缫丝局建成投产，“釜数二百另八，织工三百人，每日制出上等品三十斤，普通品十八九斤”，“原料用湖北产、沔阳产最多，专用黄丝，其制品全部输于上海。”除布、纱、丝局外，之洞还于武昌平湖门外建湖北制麻局。他在奏稿中说：“查麻即系湖北土产宜可用机制之货，亟宜钦遵谕旨，在省城设立制麻专厂，官先筹款设局以为上倡，民再集股分办以为之继。”制麻局采用先进工艺，”由锅炉、引擎而去麻胶水，而纱麻为线，而织麻成布，各机层层接续”。购德国织机，聘日本技师，“安厂安机，费时日五、六年，纳本金七十余万”，光绪三十二年（1906 年）建成投产，雇男女工四百五十余人。产品有麻纱、粗细麻布及麻袋。湖北制麻局虽然规模不大，但“为吾国机制麻业之滥觞”。
张之洞兴建的湖北布、纱、丝、麻四局，构成比较完整的近代纺织工业体系，这在中国近代纺织史上，具有重要意义。武汉之所以成为华中最大的纺织工业中心，之洞的首创之功，实不可没。前文提到，之洞建纺织厂的初衷之一是赢利以补铁厂、枪炮厂经费之短绌，“以湖北所设铁厂、枪炮厂、织布局自相挹注，此三厂联为一气，通盘筹划，……以后断不致再请部款”。但实际情况是铁厂、枪炮厂亏蚀之巨，绝非四局赢余所能弥缝。“自相挹注”成了“自相拖累”。随着时日的迁延，特别是《辛丑条约》签订以后，清政府对外承担巨额赔款，对内被迫实行“新政”，民族私营企业的发展势头难以阻挡，而清廷自身也实在无力继续经营管理那么多的官办、官督商办、官商合办企业。在这种政治经济形势下，湖北四局不得不于光绪二十八年（1902 年）结束官办历史，由粤商韦应南招股承担，每年租银十万两，租期二十年。光绪三十三年（1907 年），又由其父韦尚文接办，这便是武汉地区近代私营纺织行业的起始“应昌股分有限公司”。除以上钢铁、军工、纺织大型企业外，张之洞还兴办了一些中小型工厂，如白沙洲造纸厂、湖北针钉厂、武昌制革厂、湖北毡呢厂、湖北官砖厂。