六年正月，授湖广总督。贼窜河南，渡运河，济南戒严。初，曾国藩议凭河筑墙，遏贼奔窜。鸿章守其策，而注重运西。饬豫军提督宋庆、张曜及周盛波、刘秉璋分守山东东平以上，自靳口至济宁；杨鼎勋分守赵村、石佛至南阳湖；李昭庆分守摊上、黄林庄至韩庄、八牌；皖军黄秉钧等分守宿迁、运河上下游：互为策应，使贼不得出运。六月，抵济宁，贼由濰县趋窜登、莱。鸿章复议偪入海隅聚歼之，乃创胶莱河防策，令铭传、鼎新筑长墙二百八十馀里，会合豫军、东军分汛设守。时贼集莱阳、即墨间，屡扑堤墙不得出。七月，贼由海神庙潜渡濰河，山东守将王心安不及御，胶莱防溃。朝旨切责，将罢防，鸿章抗疏言：“运河东南北三面贼氛蹂躏，其受害者不过数府州县，若驱过运西，则江、皖、东、豫、楚数省之地，流毒无穷。”乃坚持前议，严扼运防。令铭传、松林、鼎勋三军往来蹑击。十月，追至赣榆，降酋潘贵升毙任柱於阵，捻势渐衰。赖文光挈众窜山东，战屡败，遁入海滨，官军围击之，斩获三万。赖文光走死扬州。东捻平，赏加一骑都尉世职。
七年正月，西捻张总愚由山右渡河，北窜定州，京师大震。诏夺职，鸿章督军入直，疏言：“剿办流寇，以坚壁清野为上策。东捻流窜豫东、淮北，所至民筑圩寨，深沟高垒以御之。贼往往不得一饱，故其畏圩寨甚於畏兵。河北平原千里，无险可守。截此则窜彼，迎左则趋右，纵横驰突，无处不流。且自渡黄入晋，沿途掳获骡马愈众，步贼多改为骑，趋避捷，肆扰尤易。自古办贼，必以彼此强弱饥饱为定衡。贼未必强於官军，但彼骑多而我骑少。今欲绝贼粮、断贼骑，惟有严谕绅民坚筑圩寨。一闻警信，即收粮草牲畜老弱壮丁於内。贼至无所掠食，兵至转可买食。贼虽流而其计渐穷，或可剋期扑灭也。”二月，鸿章督军进德州，败贼安平、饶阳。三月，贼窜晋州，渡滹沱河，南入豫，复折窜直隶，扑山东东昌；四月，趋茌平、德平，出德州，西奔吴桥、东光，偪天津。下部议处，命总统北路军务，限一月殄灭。
鸿章以捻骑久成流寇，非就地圈围，终不足制贼之命。三口通商大臣崇厚及左宗棠皆以为言，而直隶地平旷，无可圈围；欲就东海南河形势，必先扼西北运河，尤以东北至津、沽，西南至东昌、张秋为锁钥。乃掘沧州迤南捷地坝，泄运水入减河。河东筑长墙，断贼窜津之路。东昌运防，则淮军自城南守至张秋，东、皖诸军自城北守至临清，并集民团协防。闰四月，以剿贼逾限，予严议。时贼为官军所偪，奔突不常。以北路军势重，锐意南行，回翔陵县、临邑间，旁扰茌平、德平，犯临清运防。鸿章虑久晴河涸，民团不可恃，且昼夜追奔疲士卒，议乘黄河伏汛，缩地紥圈。以运河为外围，以马颊河为里围。其时官军大败贼於德州扬丁庄，又追败之商河。张总愚率悍党遁济阳，沿河北出德州犯运防，上窜盐山、沧州。官军扼截之，不得出，转趋博平、清平。適黄、运暨徒骇交涨，东昌、临清、张秋、徬河水深不可越。河西北岸长墙绵亘，贼窜地迫狭，势益困。鸿章增调刘铭传军，期会前敌。分屯茌平之桃桥、南镇，至博平、东昌，圈贼徒骇、黄、运之内，而令马队周回兜逐，贼无一生者，张总愚投水死。西捻平，诏复原官，加太子太保衔，以湖广总督协办大学士。八月入觐，赐紫禁城内骑马。
八年二月，兼署湖北巡抚。十二月，诏援黔，未行，改援陕。九年七月，剿平北山土匪。值天津教堂滋事，命移军北上。案结，调直隶总督兼北洋通商事务大臣。十月，日本请通商，授全权大臣，与定约。十二年五月，授大学士，仍留总督任。六月，授武英殿大学士。十三年，调文华殿大学士。
国家旧制，相权在枢府。鸿章与国藩为相，皆总督兼官，非真相。然中外系望，声出政府上，政府亦倚以为重。其所经画，皆防海交邻大计。思以西国新法导中国以求自强，先急兵备，尤加意育才。初，与国藩合疏选幼童送往美国就学，岁百二十人。期以二十年学成岁归为国效用，乃未及终学而中辍。鸿章争之不能得，随分遣生徒至英、德、法诸国留学。及建海军，将校尽取才诸生中。初在上海奏设外国学馆，及莅天津，奏设武备海陆军，又各立学堂，是为中国讲求兵学之始。尝议制造轮船，疏言：“西人专恃其炮轮之精利，横行中土。於此而曰攘夷，固虚妄之论。即欲保和局，守疆土，亦非无具而能保守之也。士大夫囿於章句之学，苟安目前，遂有停止轮船之议。臣愚以为国家诸费皆可省，惟养兵设防、练习枪炮、制造兵轮之费万不可省。求省费则必屏除一切，国无与立，终无自强之一日矣。”