外交事务的总理各国事务衙门，累迁至户部左侍郎，赏加尚书衔，先后兼署工、刑、兵、礼、吏部等五部。光绪十一年（1885年），任驻美国、西班牙、秘鲁三国大臣，办理华工被害各案交涉事宜。二十一年（1895年），北洋舰队在甲午战争惨败后，光绪帝派张荫桓、湖南巡抚邵友濂为全权大臣赴日本媾和。二十三年（1897年），出使英、美、法、德、俄诸国。8月12日，以英维多利亚女王登基60週年清帝贺使，获圣米迦勒及圣乔治爵级大十字勋章（荣誉会员）。二十四年（1898年）3月，协助李鸿章与俄国签订《旅大租地条约》。