1867年10月31日，左宗棠密奏清廷，特任沈葆桢为总理船政大臣，并享受专折奏事的权力。
沈葆桢经左宗棠反复劝说后答应总理船政，左为离闽后船政局创建工作“不致中乖”和早期经营顺利展开确定了得力人选。左宗棠向清廷递上《请简派重臣接管船务折》举荐沈葆桢总理船政后，立即将该折抄给沈葆桢阅看。沈以丁忧人员不应参闻政事为由，“且呈固辞，引经据义，坚不可夺”。左宗棠则以总理船政究与服官不同，“所履之地，并非公署，所用之人，亦非印委”来打消沈的顾虑，并向沈陈述他“奉命西征，克日就道，洋员回闽，即须与之要约，以便交替，非得中外仰望之人担荷远猷，无以坚远人之信”的利害关系，“复以此商之沈葆桢”。沈被左的数次真诚相邀所感动，致函左答应待第二年六月丁忧期满后“始敢任事”。
至此，左宗棠才如释重负，发出了“庶大局可冀有成”的肺腑之言。进而左宗棠请旨敕下沈葆桢于“未任事之先，所有船局事宜，仍一力主持，以系众望而重要工”。左宗棠对船政局的接替人如此看重是有其道理的。他奏请创办船政时已列出社会上议论得纷纷扬扬的七个难题，此时他要离闽西行，最担心的就是船政局的主持人问题。他建议由沈葆桢总理船政的上奏也被清廷采纳。清廷原拟由吴棠接任闽浙总督，并“特经谕令吴棠接办”船政，现“据左宗棠奏请派重臣总理船政接管局务一折”，决定由沈葆桢“总司其事，并准其专折奏事”。不出左宗棠所料，他“西行以后”，新任闽浙总督吴棠到任后，“务求反臣所为，专听劣员怂恿。凡臣所进之人才，所用之将弁，无不纷纷求去”。
因此，他再次吁请清廷：“船局一事，蒙皇上天恩，交沈葆桢经理，事有专司。”正是在左宗棠的一再呼吁、清廷的积极支持和沈葆桢勇于以船政为己任的情况下，才使得福州船政局的兴办和早期经营能够有所起色。
沈葆桢从同治六年六月十七日（1867年7月18日）正式担任总理船政大臣，到光绪元年十月初一（1875年10月29日）赴两江总督任的八年多时间内，对船政局的发展作出了贡献。福州船政局设总理船政大臣，这是左宗棠的灼见，同时也是中国近代工业发展史上的创举。总理船政大臣有专折奏事的权力，地位相当于督抚，这是只设总办的江南制造总局等军事工业所望尘莫及的，反映出福州船政局确实具有举足轻重的地位。左宗棠在举荐沈葆桢总理船政的同时，还奏请将“二十年前从臣读书湘中，颇能刻苦立志，为有用之学”的周开锡和“才长心细，熟谙洋务”的胡雪岩交由沈葆桢差遣，以协助沈主持局务。
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发的任命沈葆桢为总理船政的谕旨，感到“船政交沈葆桢总理，尤深幸慰”。正是鉴于船政“接办有人”的情况，左宗棠才于得悉清廷这个谕旨10天后放心地起程离闽。
边远地区兴工业
19世纪70年代，甘肃出现了以蒸汽机为动力的近代机器工业。这就是在左宗棠及其部将赖长等主持下创办的兰州机器制造局和甘肃机器织呢局，还有肃州机器采金的试办和若干种近代机器的试制。这是甘肃近代工业的开端，是西北有史以来生产力发展和科学技术进步的转折点。左宗棠在甘肃创办近代机器工业，一是受洋务运动的推动，二是用兵西北的急需。
兰州制造局是左宗棠在甘肃经营最早的机器工业，它是由西安机器局发展而成。左宗棠创办西安机器局的目的，明显是为镇压西北的回民起义。同治十一年底（1872年），因战争的重心移到甘肃，且陕甘军事已近尾声，而新疆形势吃紧，左宗棠正在积极筹划收复新疆的军务，于是他就把西安机器局的设备全部拆分，移到了兰州，改西安机器制造局为兰州制造局，亦称兰州机器制造局。为增强兰州制造局的技术力量，左宗棠一方面从浙江、广东、福建等地抽调来一批技术工人，另一方面委派一名追随他多年的老部下赖长主持工厂事务。
赖长是广东人，系左宗棠在福建时的旧部，“夙有巧思，仿造西洋枪炮，制作灵妙”，是一位精通近代枪炮和机器制造的专家。同治八年（1869年），福州设立制造局，赖长仿造的西洋枪炮，“其灵巧不亚于外洋的军器”。
1872年11月底，赖长应左宗棠之约，从福州携带机器，并在福州、广东挑选了一些熟练的工人和技师，由汉口取道来兰州。兰州制造局的厂址选在兰州南关。左宗棠派督标弁丁从之学习。1873年初，兰州制造局正式投产。
赖长被调来到兰州时，左宗棠在一封致友人信里，说他“携所造螺丝炮试验及小机器尚可用，唯需授意制造，庶便利耳”。当左宗棠拟让其回陕西制造时，他说：“局用以石炭为要，所需最多，阿干镇所产既佳，价值运脚亦省，较之陕省合宜。至钢铁则就近或可采办，与由陕采办成器有余，亦须运脚，尚不如就近采办为省。”左宗棠于是让他调所带工匠和机器“在兰设局”。赖长带的宁波和闽、粤工匠，“能自造铜引、铜冒、大小开花子，能仿造布国（德国）螺丝炮及后膛七响枪……”从生产的重炮和七响枪的情况可以推断，兰州制造局的机器设备，必须有炼钢和浇铸坯料的较为完善的冶炼设备；必须有锻造枪管炮筒的设备；必须有车、刨、钻、锉等近代金属加工车床。这对生产落后的甘肃来说，应该说是一个重大的历史进步。
兰州制造局是官办近代军事工业，其经费从甘肃关内外办理军需款项内拨支。其在镇压西北回民起义后期起了重要作用，在摧毁阿古柏反动统治和挫败沙俄侵略阴谋、收复伊犁的爱国斗争中所起的积极作用也是不小的。实事求是地说，兰州制造局的开办，主要是为收复新疆的军事斗争服务。左宗棠率领西征大军在征讨阿古柏的战斗中，其武器弹药，主要来自兰州制造局。例如古牧地之战为北疆首战，左宗棠于事后在致友人信中写道：“弟处有粤人仿制大炮及标针快响枪，俄人亦极赞之。昨次攻拔古牧地，深得其力。”
此外，左宗棠创办近代军事工业，也确实具有更深远的考虑，他认为这是中国不受制于洋人的一个重要步骤。他说：“若果经费敷余，增造精习，中国枪炮，日新月异，泰西诸邦断难挟其长以傲我耳。”
兰州制造局除自备机器外，1874年又将西安制造局的火炉蒸汽运来。它以制枪炮为主，制造时“参用中西之法，而兼其长”，并能“每进益上，精益求精”。左宗棠认为：“纵未能如西人之精到，而其利足以相当。1875年6月，俄国索思诺夫斯基对枪炮制造原只推崇英法与德国，而当他看到制造局仿制法、德枪炮，“其精者与布相同，而臆造之大洋枪及小车轮炮、三脚劈山炮，盖又彼中所无”时，不禁“叹服同声，自此亦稀言枪炮矣”。这表明制造局不仅能自造一些新的枪炮，而且制造技术亦达到了较高的水平。
兰州制造局除造枪炮外，赖长还使这个军用工业逐步向民用工业发展，制造出抽水机（吸水龙）和灭火机（水龙），特别是制造出织呢绒的机器。杨昌浚看到制造局制造出洋水龙后，就向左宗棠建议：是否让赖长“停制炮子，仿造洋水龙，以备不虞”。左宗棠虽然肯定了制造洋水龙的意义，但认为“西北屋宇墙壁多用砖砌土筑，与东南木壁篾织者不同，绝少火患”，“水龙仿造一架已足，无须多制”。他更从新疆收复后正须增添武器的情况，对杨昌浚说：“此项制造不能停工。”赖长仍以如前“赶造火炮，储存待拨，开花子炮预备为要”。在伊犁危机时，他在强调“水龙为救火良器，仿造预备自不可少”后，对兰州制造局制造枪炮和制造各项机器提出了一个全面安排的意见：“若论其先急，则造炮第一，开河、凿井、织呢次之，水龙机器本少，仿造甚易，以余力为之可也。”由此可见，兰州制造局是以生产枪炮为主，并可望发展成为兼制开河、凿井、织呢和水龙等机器的军、民两用的近代工业。
兰州制造局生产的枪炮，起初是运往肃州助战攻城，即镇压陕甘回民起义。但左宗棠创办兰州制造局，主要目的是反对外国侵略。1875年，左宗棠为魏源《海国图志》重版作序时又说，鸦片战争以来，英国以坚船利炮“蹈我之暇，构兵思逞”，乃与魏源一样思制敌之计，“同、光间，福建设局造轮船，陇中用华匠制枪炮，其长亦差与西人等此魏子所谓师其长技以制之也”。这表明，他造船和制枪炮，都是继承魏源的“师夷长技以制夷”，主要是为抵御外国侵略。他制造的枪炮用于攻占古牧地、达坂城和进取喀什噶尔，为收复伊犁布防，同时对反抗俄国、阿古伯侵略，收复新疆起了重大作用。
左宗棠在西北兴办的军用企业，除西安机器局、兰州制造局外，光绪元年（1875年）还在兰州创办了火药局。为提高火药质量，左宗棠要求将硝、磺多提炼几次，使火药品质和洋火药一样。这样做虽增加了成本，但是火药质量“为上上好火药”。新疆收复后，他又在阿克苏设制造局，在库车设火药局。
这些制造局和火药局，不仅以它生产的枪炮弹药为西征提供了装备，而且制造了一些机器，开了西北近代工业的先河。
随着阿古柏反动政权的覆灭、伊犁的收复以及左宗棠调离陕甘等原因，兰州制造局在光绪八年（1882年）停办，所抓学习的督标弁兵，遣入兰州织呢总局。后来这部分机器辗转变迁，发展为甘肃机器厂。
兰州引入织呢机