Lần thứ nhất

Từ cửa biển Thuận An ở kinh đô Huế, Bùi Viện xuống thuyền ngược ra Bắc vào tháng 7 năm Quý Dậu (tháng 8 năm 1873) và 2 tháng sau thì đến Hương Cảng lúc đó đã là nhượng địa của nước Anh và là đầu mối giao thông nối châu Á với thế giới phương Tây. Tại đây Bùi Viện đã kết giao được với viên lãnh sự Hoa Kỳ nên 2 bên giao thiệp được và ông có ý sang Hoa Kỳ cầu viện. Được biết ý đồ của Bùi Viện, viên lãnh sự đã viết thư giới thiệu với một người ở Hoa Kỳ có khả năng giúp ông tiếp cận với nguyên thủ của quốc gia này. Ông lập tức quay trở về trình lên vua Tự Đức nhưng có giả thiết cho rằng nhà vua không mấy sốt sắng với đề nghị này nên ông đã mạo quốc thư và tự chế mũ áo hàng tam phẩm rồi qua Hương Cảng nhờ người bạn đầy uy thế ở Hoa Kỳ có khả năng giúp ông tiếp cận với tổng thống Hoa Kỳ. Từ Trung Quốc, Bùi Viện đi qua Yokohama (Hoành Tân, Nhật Bản) để xem xét tình hình. Sau thời gian ngắn, Bùi Viện nhận thấy đất nước này mới chỉ mở cửa chưa đủ mạnh để giúp Việt Nam nên ông đã đáp tàu sang San Francisco (Hoa Kỳ), rồi lưu lại ở đó mất một năm vận động mới gặp được gặp Tổng thống Mỹ thứ 18 là Ulysses Grant (nhiệm kỳ 1869-1877, có một số nguồn ghi sai là tổng thống Abraham Lincoln). Lúc này Pháp và Mỹ đang xung đột nhau trong chiến tranh ở México nên Mỹ cũng tỏ ý muốn giúp một quốc gia đang bị Pháp uy hiếp. Tổng thống Mỹ bằng lòng giúp nhưng Bùi Viện khi đó lại sợ tội đã tự quyền và mạo quốc thư. Do vậy, ông đã nói không mang theo quốc thư nên 2 bên không thể có một cam kết chính thức nên xin được về Việt Nam trở lại kinh thành Huế để tâu lại vua. Điều này trả lời cho nghi vấn nếu thực sự vua Tự Đức đã cử ông đi sứ thì ắt phải giao cho ông một giấy tờ gì để làm bằng, đồng thời mang theo những phẩm vật trao đổi và thường thường bao giờ cũng có Chánh Sứ, Phó Sứ và tùy tòng chứ không thể chỉ chơ vơ một người.

Lần thứ hai

Khi về đến Huế tâu bẩm tình hình của Hoa Kỳ và những việc mắt thấy tai nghe, vua Tự Đức đã bằng lòng cử ông làm chánh sứ và trao Bùi Viện quốc thư cho đầy đủ lề lối ngoại giao chính thức. Khi Có được thư uỷ nhiệm của vua Tự Đức, Bùi Viện lại xuất dương một lần nữa. Năm 1875 ông lại có mặt tại Hoa Kỳ. Có trong tay quốc thư nhưng lại gặp lúc Mỹ - Pháp hết thù địch nên tổng thống Mỹ đã khước từ sự cam kết giúp Việt Nam đánh Pháp.[1]

Thất vọng, Bùi Viện đáp tàu lộn ngược đường cũ trở về nước. Vừa đặt chân lên bờ thì nghe tin mẹ từ trần nên về quê cư tang. Ba tháng sau Bùi Viện lại được triệu về kinh đô giữ chức Thương chánh tham biện rồi chuyển sang chức Chánh quản đốc nha Tuần hải.