1867年10月31日，左宗棠密奏清廷，特任沈葆楨為總理船政大臣，并享受專折奏事的權力。
沈葆楨經左宗棠反復勸說后答應總理船政，左為離閩后船政局創建工作“不致中乖”和早期經營順利展開確定了得力人選。左宗棠向清廷遞上《請簡派重臣接管船務折》舉薦沈葆楨總理船政后，立即將該折抄給沈葆楨閱看。沈以丁憂人員不應參聞政事為由，“且呈固辭，引經據義，堅不可奪”。左宗棠則以總理船政究與服官不同，“所履之地，并非公署，所用之人，亦非印委”來打消沈的顧慮，并向沈陳述他“奉命西征，克日就道，洋員回閩，即須與之要約，以便交替，非得中外仰望之人擔荷遠猷，無以堅遠人之信”的利害關系，“復以此商之沈葆楨”。沈被左的數次真誠相邀所感動，致函左答應待第二年六月丁憂期滿后“始敢任事”。
至此，左宗棠才如釋重負，發出了“庶大局可冀有成”的肺腑之言。進而左宗棠請旨敕下沈葆楨于“未任事之先，所有船局事宜，仍一力主持，以系眾望而重要工”。左宗棠對船政局的接替人如此看重是有其道理的。他奏請創辦船政時已列出社會上議論得紛紛揚揚的七個難題，此時他要離閩西行，最擔心的就是船政局的主持人問題。他建議由沈葆楨總理船政的上奏也被清廷采納。清廷原擬由吳棠接任閩浙總督，并“特經諭令吳棠接辦”船政，現“據左宗棠奏請派重臣總理船政接管局務一折”，決定由沈葆楨“總司其事，并準其專折奏事”。不出左宗棠所料，他“西行以后”，新任閩浙總督吳棠到任后，“務求反臣所為，專聽劣員慫恿。凡臣所進之人才，所用之將弁，無不紛紛求去”。
因此，他再次吁請清廷：“船局一事，蒙皇上天恩，交沈葆楨經理，事有專司。”正是在左宗棠的一再呼吁、清廷的積極支持和沈葆楨勇于以船政為己任的情況下，才使得福州船政局的興辦和早期經營能夠有所起色。
沈葆楨從同治六年六月十七日（1867年7月18日）正式擔任總理船政大臣，到光緒元年十月初一（1875年10月29日）赴兩江總督任的八年多時間內，對船政局的發展作出了貢獻。福州船政局設總理船政大臣，這是左宗棠的灼見，同時也是中國近代工業發展史上的創舉。總理船政大臣有專折奏事的權力，地位相當于督撫，這是只設總辦的江南制造總局等軍事工業所望塵莫及的，反映出福州船政局確實具有舉足輕重的地位。左宗棠在舉薦沈葆楨總理船政的同時，還奏請將“二十年前從臣讀書湘中，頗能刻苦立志，為有用之學”的周開錫和“才長心細，熟諳洋務”的胡雪巖交由沈葆楨差遣，以協助沈主持局務。
同治五年十一月初一（1866年12月7日），左宗棠收到清廷于十月十三日下發的任命沈葆楨為總理船政的諭旨，感到“船政交沈葆楨總理，尤深幸慰”。正是鑒于船政“接辦有人”的情況，左宗棠才于得悉清廷這個諭旨10天后放心地起程離閩。
邊遠地區興工業
19世紀70年代，甘肅出現了以蒸汽機為動力的近代機器工業。這就是在左宗棠及其部將賴長等主持下創辦的蘭州機器制造局和甘肅機器織呢局，還有肅州機器采金的試辦和若干種近代機器的試制。這是甘肅近代工業的開端，是西北有史以來生產力發展和科學技術進步的轉折點。左宗棠在甘肅創辦近代機器工業，一是受洋務運動的推動，二是用兵西北的急需。
蘭州制造局是左宗棠在甘肅經營最早的機器工業，它是由西安機器局發展而成。左宗棠創辦西安機器局的目的，明顯是為鎮壓西北的回民起義。同治十一年底（1872年），因戰爭的重心移到甘肅，且陜甘軍事已近尾聲，而新疆形勢吃緊，左宗棠正在積極籌劃收復新疆的軍務，于是他就把西安機器局的設備全部拆分，移到了蘭州，改西安機器制造局為蘭州制造局，亦稱蘭州機器制造局。為增強蘭州制造局的技術力量，左宗棠一方面從浙江、廣東、福建等地抽調來一批技術工人，另一方面委派一名追隨他多年的老部下賴長主持工廠事務。
賴長是廣東人，系左宗棠在福建時的舊部，“夙有巧思，仿造西洋槍炮，制作靈妙”，是一位精通近代槍炮和機器制造的專家。同治八年（1869年），福州設立制造局，賴長仿造的西洋槍炮，“其靈巧不亞于外洋的軍器”。
1872年11月底，賴長應左宗棠之約，從福州攜帶機器，并在福州、廣東挑選了一些熟練的工人和技師，由漢口取道來蘭州。蘭州制造局的廠址選在蘭州南關。左宗棠派督標弁丁從之學習。1873年初，蘭州制造局正式投產。
賴長被調來到蘭州時，左宗棠在一封致友人信里，說他“攜所造螺絲炮試驗及小機器尚可用，唯需授意制造，庶便利耳”。當左宗棠擬讓其回陜西制造時，他說：“局用以石炭為要，所需最多，阿干鎮所產既佳，價值運腳亦省，較之陜省合宜。至鋼鐵則就近或可采辦，與由陜采辦成器有余，亦須運腳，尚不如就近采辦為省。”左宗棠于是讓他調所帶工匠和機器“在蘭設局”。賴長帶的寧波和閩、粵工匠，“能自造銅引、銅冒、大小開花子，能仿造布國（德國）螺絲炮及后膛七響槍……”從生產的重炮和七響槍的情況可以推斷，蘭州制造局的機器設備，必須有煉鋼和澆鑄坯料的較為完善的冶煉設備；必須有鍛造槍管炮筒的設備；必須有車、刨、鉆、銼等近代金屬加工車床。這對生產落后的甘肅來說，應該說是一個重大的歷史進步。
蘭州制造局是官辦近代軍事工業，其經費從甘肅關內外辦理軍需款項內撥支。其在鎮壓西北回民起義后期起了重要作用，在摧毀阿古柏反動統治和挫敗沙俄侵略陰謀、收復伊犁的愛國斗爭中所起的積極作用也是不小的。實事求是地說，蘭州制造局的開辦，主要是為收復新疆的軍事斗爭服務。左宗棠率領西征大軍在征討阿古柏的戰斗中，其武器彈藥，主要來自蘭州制造局。例如古牧地之戰為北疆首戰，左宗棠于事后在致友人信中寫道：“弟處有粵人仿制大炮及標針快響槍，俄人亦極贊之。昨次攻拔古牧地，深得其力。”
此外，左宗棠創辦近代軍事工業，也確實具有更深遠的考慮，他認為這是中國不受制于洋人的一個重要步驟。他說：“若果經費敷余，增造精習，中國槍炮，日新月異，泰西諸邦斷難挾其長以傲我耳。”
蘭州制造局除自備機器外，1874年又將西安制造局的火爐蒸汽運來。它以制槍炮為主，制造時“參用中西之法，而兼其長”，并能“每進益上，精益求精”。左宗棠認為：“縱未能如西人之精到，而其利足以相當。1875年6月，俄國索思諾夫斯基對槍炮制造原只推崇英法與德國，而當他看到制造局仿制法、德槍炮，“其精者與布相同，而臆造之大洋槍及小車輪炮、三腳劈山炮，蓋又彼中所無”時，不禁“嘆服同聲，自此亦稀言槍炮矣”。這表明制造局不僅能自造一些新的槍炮，而且制造技術亦達到了較高的水平。
蘭州制造局除造槍炮外，賴長還使這個軍用工業逐步向民用工業發展，制造出抽水機（吸水龍）和滅火機（水龍），特別是制造出織呢絨的機器。楊昌浚看到制造局制造出洋水龍后，就向左宗棠建議：是否讓賴長“停制炮子，仿造洋水龍，以備不虞”。左宗棠雖然肯定了制造洋水龍的意義，但認為“西北屋宇墻壁多用磚砌土筑，與東南木壁篾織者不同，絕少火患”，“水龍仿造一架已足，無須多制”。他更從新疆收復后正須增添武器的情況，對楊昌浚說：“此項制造不能停工。”賴長仍以如前“趕造火炮，儲存待撥，開花子炮預備為要”。在伊犁危機時，他在強調“水龍為救火良器，仿造預備自不可少”后，對蘭州制造局制造槍炮和制造各項機器提出了一個全面安排的意見：“若論其先急，則造炮第一，開河、鑿井、織呢次之，水龍機器本少，仿造甚易，以余力為之可也。”由此可見，蘭州制造局是以生產槍炮為主，并可望發展成為兼制開河、鑿井、織呢和水龍等機器的軍、民兩用的近代工業。
蘭州制造局生產的槍炮，起初是運往肅州助戰攻城，即鎮壓陜甘回民起義。但左宗棠創辦蘭州制造局，主要目的是反對外國侵略。1875年，左宗棠為魏源《海國圖志》重版作序時又說，鴉片戰爭以來，英國以堅船利炮“蹈我之暇，構兵思逞”，乃與魏源一樣思制敵之計，“同、光間，福建設局造輪船，隴中用華匠制槍炮，其長亦差與西人等此魏子所謂師其長技以制之也”。這表明，他造船和制槍炮，都是繼承魏源的“師夷長技以制夷”，主要是為抵御外國侵略。他制造的槍炮用于攻占古牧地、達坂城和進取喀什噶爾，為收復伊犁布防，同時對反抗俄國、阿古伯侵略，收復新疆起了重大作用。
左宗棠在西北興辦的軍用企業，除西安機器局、蘭州制造局外，光緒元年（1875年）還在蘭州創辦了火藥局。為提高火藥質量，左宗棠要求將硝、磺多提煉幾次，使火藥品質和洋火藥一樣。這樣做雖增加了成本，但是火藥質量“為上上好火藥”。新疆收復后，他又在阿克蘇設制造局，在庫車設火藥局。
這些制造局和火藥局，不僅以它生產的槍炮彈藥為西征提供了裝備，而且制造了一些機器，開了西北近代工業的先河。
隨著阿古柏反動政權的覆滅、伊犁的收復以及左宗棠調離陜甘等原因，蘭州制造局在光緒八年（1882年）停辦，所抓學習的督標弁兵，遣入蘭州織呢總局。后來這部分機器輾轉變遷，發展為甘肅機器廠。
蘭州引入織呢機