张之洞的教育目的论是十分明确的，这就是他在《劝学篇》中提出的“学术造人才，人才维国势”。他兴学育才数十年，目的始终如一，即培养思想立场“卫道”，知识能力“开新”的忠实干练的“经世致用”之才。
尤其值得重视的是，张之洞在中国教育史上较早提出德、智、体全面发展的人才培养目标。光绪二十八（1902 年）年十月，他在《筹定学堂规模次第兴办折》中论道：考日本教育，总义以德育、智育、体育为三大端，洵可谓体用兼赅，先后有序。礼失求野，诚足为我前事之师。虽中国地广人多，时艰帑绌，改弦更张之始，凡诸学制固不能遽求美备，而宗旨不可稍涉模棱，规模不可过从简略。
张之洞在论述德育、智育、体育全面发展时，并不是将这三个侧面等量齐观、并行论列。他特别强调“体用兼赅，先后有序”，显然是以德育为体，以智育、体育为用；以德育领先，以智育、体育随后，这既是张氏本人“旧学为体，新学为用”体用观的表现，也直接因袭了中国的德化主义教育传统。张之洞的新贡献在于，他在强调德化主义的同时，明确提出了德育、智育、体育全面发展的必要性、重要性，具有近代教育思想的意蕴。
光绪三十年（1904年），张之洞亲自撰写《学堂歌》，阐发体育—德育—智育的要旨，刊印一万五千份，颁发至各学堂。其歌唱曰：天地泰，日月光，听我唱歌赞学堂。圣天子，图自强，除去兴学别无方。教体育，第一桩，卫生先使民强壮。教德育，先蒙养，人人爱国民善良。孝父母，尊君上，更须公德联四方。教智育，开愚氓，普通知识破天荒。物理透，技艺长，方知谋生并保邦。
关于德育，张之洞将忠君爱国列为首要。光绪元年（1875 年），他在四川学政任内撰《輶轩语》，书中说：“教士之道，其宏纲要领，世祖皇章卧碑八条，圣祖皇帝圣谕十六条尽之，凡属上林，恭敬遵守。”二十余年之后，他已由旧式官僚转化为洋务大吏，思想发生重大变化，但其忠君爱国的德育主张不曾改易。光绪二十四年（1898 年），他在《劝学篇》中以更为急切的态度，更为明晰的语言申明：“当此时世艰虞，凡我报礼之士，戴德之民，固当各抒忠爱，人人与国为体，凡一切邪说暴行足以启犯上作乱之渐者，拒之勿听，避之若浼，恶之如鹰鹯之逐鸟雀。”他的德育思想，“惟以激发忠爱，讲求富强，尊朝廷，卫社稷为第一义。”光绪二十九年（1903 年（1903 年），他主持制订的《学务纲要》仍然规定“以忠孝为敷教之本，以礼法为训俗之方。”
以上主张在今天看来，多为过时之论，不过，张之洞的德育思想在一般道德品行的培养方面，也蕴含若干有价值的内容。例如他在《輶轩语·语行》中所论列的德行谨厚（心术慈良不险刻，言行诚实不巧诈，举动安静不轻浮）、人品高峻（教书院义学不素餐，求功名不夤缘，试场不作弊）、立 志远大（不以一衿而自足，不以能文而自满，立志希古，不随流俗）、砺厉气节（当言则言，当行则行，持正不阿，方可无愧为士）等等，在今天仍可参酌。
张之洞反对将学生培养成“高而不切”，“不知时务”的“陋儒”，引导学生关心天下忧乐，树聋国利民的襟怀抱负，以此作为德育的重要任务。他认为“扶持世教，利国利民，正是士人分所应为。”“国家养士，岂仅望其能作文字乎？通晓经术，明于大义，博考史传，周悉利病，此为根柢。尤宜讨论本朝掌故，明悉当时事务，方为切实经济。”讲求“切实经济”，明于时务，正是中国教育“经世致用”传统的发挥，同时又暗合近代社会对于学校教育，人才素质的实用要求，表现出张之洞德育观的开明性。
关于智育，张之洞的思想变化轨迹十分明显，但要而论之，终不离“人才维国势”的根本宗旨。
历任浙江、湖北、四川三省考官、学政期间，张之洞的智育思想囿于传统儒学的轨范。这在他的《輶轩语·语学》中有充分显现。该篇列举“为学之道”有四：一通经，二读史，三读诸子，四读古人文集。显然，此时的张之洞头脑中的“智育”概念，完全以中国传统学术所涉及的领域为限，以其重心为重心。“通经”被列为智育的首要内容。虽然从纯粹学术研究的意义上分析，《輶轩语》所论“为学之道”不乏精彩之处，如读书宜读可以考古、可以经世，可以治身心的“有用书”；为学忌分门户，“真汉学未尝不穷理，真宋学亦未尝不读书”，等等，但若从开发青少年智力以建设近代国家而论，此时张之洞的智育思想实在过于陈旧，落后于时代的要求。
从光绪八年（1882年）外放山西巡抚起步，张之洞开始向洋务大吏转化。在兴建工厂、修筑铁路、开发商务、编练新军等一系列“求富”“求强”以振国势的洋务活动中，张之洞对于社会所急需的专门人才的知识结构、素养、技能，有了日益丰富的新认识，因而他的德育思想，也随之发生变化。他逐步意识到，传统教育传授给学生的“修齐治平”功夫，显然不敷时用，社会急迫需要的，不是泥古不化的迂儒，而是“道义兼通”，“文武兼通”，”内外兼通”的于才。要培养这样的全面之才，“智育”的内容必须扩充，结构必须调整，重心必须转换。光绪二十一年（1895 年），他在《创设储才学堂折》中说：“古者四民并重，各有相传学业，晚近来惟士有学，若农若工若商无专门之学，遂无专门之材。”他决定在储才学堂内分立交涉、农政、工艺、商务四大纲。交涉之学包括律例、赋税、舆图、繙书；农政之学包括种植、水利、畜牧、农器：工艺之学包括化学、汽机、矿务、工程；商务之学包括各国好尚，中国土货、钱币轻重，各国货物衰旺。此时张之洞对“智育”的理解，可以《劝学篇·外篇·益智》为代表：
夫政刑兵食，国势邦交，士之智也；种宜土化，农具粪料，农之智也；机器之用，物化之学，工之智也；访新地，创新货，察人国之好恶，较各国之息耗，商之智也；船械营垒，测绘工程，兵之智也。此教养富强之实政也，非所谓奇技淫巧也。
他接着批评道：“华人于此数者，皆主其故常，不肯殚心力以求之。”对中国传统教育忽视农、工、商、兵等各门专科知识作出真切反省。对照二十余年前《輶轩语》所论“为学之道”，已大相径庭。此时他所认定的“智育”内容，远远突破经史子集、修齐治平的狭窄、陈腐范畴，而以“新旧兼学”，“政艺兼学”为标帜。所谓“新旧兼学”，是说既要学习四书五经、中国史事政书等“旧学”，又要学习西政、西艺、西史等”新学”。所谓“政艺兼学”，是说既要学习学校、地理、度支、赋税、武备、律例、劝工、通商等“西政”之学，又要学习算、绘、矿、医、声、光、化、电等“西艺”之学。从所列科目的广泛、完备看，近代教育的“智育”内容，至此已基本定型。
张之洞此时的智育思想有两点应予以特别注意。
其一，他之所以大大拓展智育的范围，完全服从于“人才维国势”的根本目的，所谓“智以救亡，学以益智”。他声称：“窃谓中国不贫于财而贫于人才”，“人才之贫由于见闻不广，学业不实”。他之所以提出仿效西方广开“专门之学”，主要是出于开办多种“洋务”事业的急迫需要，而并非出于有意识、有目的地建构起近代教育的“智育”理论体系。
其二，正因为张之洞的“智育”服从于挽救清王朝“贫弱废弛”的“国势”的目的，所以在“开新”的同时，又留有顽固的“卫道”尾巴。其典型例证是，他在自己开办的第一所近代课堂——广东水陆师学堂中，要求学习管轮、驾驶、马步、枪炮、营造专业的学生于“每日清晨，先读四书五经数刻，以端其本。每逢洋教习歇课之日，即令讲经史，试以策论。”这种不伦不类的课程安排，丝毫无益于学生专业知识的掌握，但它却真切的反映出张之洞智育思想的深刻的内在矛盾——旧的拖住新的，死的拖住活的。
关于体育，正如《学堂歌》所唱，张之洞将其视为教育“第一桩”。为了培养学生强健的体魄，张之洞在拟定的《学务纲要》中规定“各学堂一体练习兵式体操以肄武事，并于各高等学堂中讲授军制、战史、战术等要义。”对此，张之洞的好友、军机大臣瞿鸿机（1850—1918）表示异议。之洞致信瞿鸿机，说明“学堂兵操万不可少。……所谓兵式体操者，乃操练步法行列并演习放枪之式，若无枪械，即操法不全。……此乃环球各国办学者第一注意之事，在中国今日学堂尤为自强要端”，“似不宜删除也”，在他主持开办的各级各类学堂中，各年级均设有体操课目。
出于“卫生先使民强壮”的考虑，张之洞一向对摧人体魄，毁人精神的鸦片烟毒深恶痛绝。早在抚晋期间，他就严禁在校诸生吸食鸦片，规定由“学臣随时董戒，冀以渐摩观感，徐收移风易俗之功。”光绪二十九年（1903年）制订《学务纲要》，又专立一条：“查洋药为鸠毒之尤，各省学堂均应悬而厉禁。无论官师学生及服役之人，有犯此者，立行斥退，万不可稍从宽假。”