上，到天津接受直隶总督兼北洋大臣李鸿章的邀请，任法律顾问，成为李鸿章的幕僚。其间曾参与1885年中法新约、1886年长崎事件、1895年马关条约等的商议，担任马关条约换约全权大臣。亦曾任中国铁路公司总办等职，创办中国历史上第一条经政府批准兴建使用的铁路唐胥铁路。1896年11月16日，清廷敕封伍廷芳为出使美日秘国大臣，11月27日进宫觐见光绪，光绪恩准伍回新会省亲。1897年1月22日，伍省亲后回到香港，港督罗便臣热烈相迎。3月13日与三等参赞张荫棠等人离开香港，4月24日到达美国华盛顿，5月1日正式就