Ông là người có thế lực lớn trong triều đình, thâu tóm cả ngoại giao, nội chính, quân sự. Trong thời gian tham chính, ông đóng vai trò lớn trong phong trào vận động Dương vụ giai đoạn hai từ năm 1872 đến năm 1894 với việc thành lập các cơ quan dịch vụ và công nghiệp theo kiểu Tây phương như: Cục Pháo binh và Tổng cục Chế tạo cơ khí Giang Nam ở Thượng Hải, Cục làm pháo Tây Dương ở Tô Châu, Cục Cơ khí Kim Lăng ở Nam Kinh, thành lập Hải quân Bắc Dương hiện đại năm 1871.., Tổng y viện thuộc Hải quân Bắc Dương.

Thực hiện chủ trương quan đốc thương bản, ông đã yểm trợ cho các thương nhân như Thịnh Tuyên Hoài (sau này là Bộ trưởng Bộ Giao thông năm 1902), Trịnh Quan Ứng, Đường Đình Thục thành lập các xí nghiệp (công ty) như Luân thuyền Chiêu thương cục năm 1872, Cục Bưu điện năm 1882, Mỏ than Khai Bình, Gang thép Đại Dã, Mỏ than Bình Hương, Xí nghiệp vải sợi Thượng Hải. Giúp việc cho ông có nhiều người đã du học nước ngoài như Ngũ Đình Phương, Mã Kiến Trung, Luo Fenglu.

Năm 1865, ông mua lại một nhà máy gang của Công ty Thos Hunt & Co (Hoa Kỳ) tại Thượng Hải với giá trị 6 vạn lạng bạc và tự hào là " máy móc dùng để chế tạo máy móc" vì có thể chế được nhiều loại máy khác. Theo bản tâu của ông lên Hoàng đế, người Trung Hoa có thể bắt chước và chế tạo bất cứ máy móc nào họ cần mà không lo gì về việc người ngoại quốc cản trở. Tuy nhiên ông cũng đề cập riêng trong lời tâu là vào giai đoạn này cần ưu tiên chế tạo vũ khí. Sau khi kết hợp với các cơ xưởng ông đang có ở Thượng Hải bao gồm 1 nhà máy sản xuất súng và pháo, ông đặt tên là Tổng cục Chế tạo Giang Nam là kỹ nghệ quân sự lớn nhất Trung Hoa hồi thập niên 1860. Ngân sách dành cho Tổng cục Chế tạo cơ khí Giang Nam này dựa vào nguồn thu của Tổng thuế vụ ty và ngân sách được cấp cho Hoài quân. Về sau ngân sách hàng năm dành cho công xưởng này lên tới 40 vạn lạng bạc. Trong công xưởng còn có trường biên dịch tài liệu, ngoại ngữ có tên gọi là Quảng phương viện quán, xưởng máy, trường dạy kỹ thuật. Giám đốc đầu tiên là Đinh Nhữ Xương, sau này trở thành Đô đốc Hạm đội Bắc Dương. Đến năm 1892, diện tích công xưởng lên đến 73 mẫu Anh, với 1974 gian nhà xưởng và 2982 nhân công.

Cũng thời gian đó, ông di chuyển cơ xưởng ở Tô Châu xuống Nam Kinh, đặt tên là Công xưởng Kim Lăng và cũng bành trướng lớn. Hai năm sau, một xưởng tương tự như Giang Nam Công xưởng được dựng lên ở Thiên Tân gần Bắc Kinh, cũng do ông trông coi khi ông được bổ nhiệm làm Tổng đốc Trực Lệ năm 1870.

Từ đó, nhiều cơ xưởng tầm cỡ khác nhau được xây tại các thủ phủ và tỉnh lỵ như Lan Châu, Hán Dương. Đa phần công nghệ sản xuất vũ khí được du nhập từ các nước Anh, Pháp, Đức với các kiểu đại bác Krupp, Nordenfelt, súng máy Maxim, súng ngắn Mauser, súng trường Remington.

Lý Hồng Chương đề nghị thành lập các lữ đội phòng thủ tại các hải cảng chiến lược và khu vực duyên hải. Đồng thời, ông đưa ý kiến kiến tạo 3 hạm đội lấy tên là Bắc Dương, Nam Dương và Đông Dương. Trong vòng 20 năm, triều đình đã thực hiện được chiến lược phòng thủ mặt biển của Lý Hồng Chương, năm 1885, khi Hải quân Nha môn được thành lập, ông được bổ nhiệm làm thành viên quan trọng của cơ quan này. Trước Chiến tranh Trung – Nhật năm 1894, Lý Hồng Chương có tổng duyệt hai hạm đội Bắc Dương và Nam Dương và thấy các chiến hạm trong tình trạng tốt. Tuy nhiên chỉ 4 tháng sau, khi họ đụng trận với Hải quân Nhật, chỉ trong vài tuần, hầu như Hạm đội Bắc Dương hoàn toàn bị đánh đắm.

Lý Hồng Chương thành lập Hải quân Học hiệu năm 1881. Một năm sau, ông thành lập Hải quân Cơ khí Học hiệu, trong đó dạy các môn mới như thiên văn, địa lý, vật lý, toán học, trắc địa và họa đồ. Năm 1885, ông thành lập Quân sự Học hiệu. Để khuyến khích sinh viên ghi tên học các trường này, ông còn xin vua cho họ đặc quyền khi thi các kỳ khảo hạch tại các tỉnh năm 1887.