巡视湘军的火药所，再巡视器械所，并委托他协助训练洋枪炮队。张并介绍容闳予曾国藩。1864年，为丁韪良的《万国公法》中文译本作序言，被丁评作：“展示了中国人在那个时代非常少见的对国际关系的理解能力”。收到清廷洋务派的器重，被沈葆桢延揽入幕，受聘福州船政局，担任总巡各厂，兼管洋务学堂。沈先让张负责海图，后委托张仿造西方水雷、电信，推进了近代水雷和电信的国产化，是清末洋务运动的实干家之一。1876年，奉旨被清廷赏加三品顶戴。同年，奉命钦差出使日本国，担任首任副使，成为晚清中国人赴日本调查学习的首批人物