留美幼童
李鸿章本人是以科举起家的官僚，然随着洋务运动的发展，他开始转而赞赏西方的教育制度，认为要想把洋务推进到“富强相因”的层次上，必须培养出精通西方科学的各类专门人才，要么在国内设立洋学堂，聘请外国教师传授自然科学和工程技术知识；要么选派中国学生出国留学。
1863年，曾国藩、李鸿章联名上奏，请求清廷批准选派中国学生出国留学。李鸿章在奏折中大声疾呼：选派留学生，培养人才，实在是中国自强的根本。
清廷诏准。很快，一套完整的公派出国留学人员实施方案出台：
1.设“幼童出洋肄业局”即预备学校，对学生进行出国前的培训。“肄业局”下设监督二人，由翰林出身的陈兰彬担任正监督，容闳任副监督。李鸿章选择陈兰彬是因为他“老成，谨慎，品行端正，中学根底深”，一方面可以保证留学生在美国的中文学习，防止派往美国的幼童丢弃儒家经典、四书五经。一方面，可用陈兰彬的翰林招牌抵挡朝中顽固派的阻力。
2.选拔一百二十名候选幼童，分四批出国，每批三十人，每年遣送一批。
3.学生出身须清白，年龄最小不得低于十二岁，最大不得超过二十岁。
4.学生家长或监护人须签署志愿书，声明自愿送子弟赴美留学十五年，不得中途退学或加入外国籍。此十五年内，学生死亡或发生事故政府概不负责。
5.学生以学习西学为主，但仍配备中国教师教习中学。学习期间，一切费用由政府承担。学生学成后不准自谋职业，听候政府调用。
当时的人多以参加科举取得功名、光宗耀祖、升官发财为正途，对于到外洋学些洋学问则嗤之以鼻。免费学习十五年，也让人觉得不可思议。再说，谁也舍不得把自己的骨肉置于“虎狼”之地。这样一份留学计划，应该说考虑得较为完备，可是在19世纪70年代，它的实行仍然受到各种阻力。来自朝中顽固派的阻力自不待言，老百姓也多持怀疑态度。但几经波折第一批三十名幼童还是于1872年8月11日登上了开往美国的轮船。李鸿章等人的愿望终于实现了。
经过容闳的精心安排，第一批留学幼童起初大都被安排在新英格兰的一些家庭中，让他们与美国的孩子一起生活、一起学习，同时也能得到很好的照顾。孩子毕竟是孩子，第一批留学幼童脑子里的中外区别没有那么深，他们说英语、吃西餐，很快融入了美国家庭之中。但寄居不是长久之计，1874年，李鸿章授权容闳在康涅狄格州首府哈特福德的柯林斯街兴建一座房屋，作为“幼童出洋肄业局”的驻美总部。房子很快修起来，而且条件不错，学习、休息、洗澡的地方一应俱全，幼童们在美国有了自己的家。
1873年6月，第二批留学生由黄胜率领赴美。
1874年9月，第三批留学生由祁兆熙率领赴美。
1875年10月，第四批留学生由邝其照率领赴美。
在李鸿章的主持下，一百二十名留学生按原计划全部派到美国。
正副监督
从到处充满个性压抑、纲常伦理的中国社会，一下子进入自由开放的美国，留学幼童们就像从笼中放出的小鸟，自由自在地呼吸着异国的新鲜空气。并不像李鸿章等大臣们想象的那么困难，留学幼童很快适应了国外的生活环境。他们和美国学生一起打球、做体操，有些还成了学生中的活跃分子。十几岁正是思想最为活跃、最易接受新鲜事物的时候，事实上这也是李鸿章和容闳将留学幼童的年龄规定在十二到二十岁之间的原因。
随着时间的推移，留学生们陆续从中学毕业，他们大多按照李鸿章的要求，选择了各类工科专业学习。而多年的国外生活使他们转变了许多，中西文化的冲突和斗争也在他们身上表现得越来越明显。有的留学生喜欢教堂中那种安宁神圣的气氛，随着所在的美国家庭去教堂做礼拜，为基督教义所感染，加入了基督教；有的学生厌恶样式繁琐陈旧的长袍马褂，穿起了西服、系上了领带，要求在体育活动时能和美国孩子一样穿上运动衣，甚至偷偷剪了辫子；有的学生受西方较为平等的礼节影响，提出见到长官时不再下跪磕头，改为鞠躬或别的表示尊敬的方式；更有许多学生希望在安排课程时，多上一点科技课，少上一点没有实际用处的封建伦理课，在科技之外，他们更喜欢读些西方的哲学、历史、小说、诗歌等书，莎士比亚的《罗密欧与朱丽叶》、薄伽丘的《十日谈》都是留学生们喜爱的作品。正如《纽约时报》所报道的：“中国的学生们，除去书本和老师传授的知识外，同时受到美国政治及基督教的影响，这是可以意料中的事情。如果认为这些聪明的幼童，仅仅由工程、数学、科学的领域中已得到满足，而他们对美国政治及社会的影响无动于衷，则是不可思议的事情。”实际上，留学生这些变化和爱国并不矛盾，他们只不过是想改变一些中国文化中陈腐的、压抑的东西，想多见一点世面，多接受一些其他种类的知识和文化，这些都是极正常、无可厚非的。
然而这些“意料中的事情”统统被监督陈兰彬视为大逆不道。他一方面用各种纪律约束和惩罚留学生；一方面不断向总理衙门告黑状，说留学生们在美国如何离经叛道、贪图享乐，副监督容闳如何崇洋媚外，对学生不加管束，放任其堕落等。
容闳只能在暗地里帮助和支持留学生的合理行为。例如，在第二批留学生中，有一个叫容揆的，凭着出色的成绩考上了哈佛大学，即使在美国学生中这也是值得骄傲的。可因为剪了辫子，陈兰彬便取消了他的公费留学资格，勒令他终止学业回国接受处分。容闳知道为中国培养这样一个人才不容易，暗中帮助容揆留下，自己掏钱资助他攻读大学。
陈兰彬向总理衙门告状的同时，容闳也多次写信给李鸿章，为自己和留学生们辩护。李鸿章支持容闳的观点，写信安慰他说：学生大部分生于广东，年纪轻轻就出洋，沾染上一些洋习气是难免的，我和你一样认为不必深责他们。但是出于对朝中顽固势力的妥协，李鸿章始终没有大张旗鼓地公开支持容闳，在肄业局三次人事变动中，容闳一直只任副监督，最终导致留学计划一步步走向破产。
1873年，李鸿章命陈兰彬和容闳分别前往古巴调查华工问题。陈兰彬完成任务后藉回国休假之机又到总理衙门告状，坚决要求辞职，推荐区谔良任监督。清廷认为是陈、容二人权力之争，将二人全都调离肄业局，改派陈兰彬为驻美公使、容闳为副公使。容闳立即写信给李鸿章求助。李鸿章深知留学生事业除了容闳以外，无人能够胜任，撤换容闳等于断送这项事业。在李鸿章的努力下，容闳得以继续以副公使的身份兼任留学生副监督，区谔良为正监督。
新监督翰林院庶吉士区谔良走马上任后，下榻豪华宾馆，带着一大家子妻妾儿女饱览美国湖光山色，对于留学生的事情不闻不问。而后便找个借口回国了。清政府派容曾祥接任这一职位。不久，容曾祥“丁忧”辞职，陈兰彬推荐吴子登为监督。
吴子登一到美国就对留学生严加训斥，甚至棒打留学生。留学生习惯了美国的自由平等，哪里受得了他的淫威，吴子登越是打，留学生就越不服、更为憎恨他。吴子登索性给总理衙门频繁写信，建议将留学生全部撤回。一时间，朝内外的守旧势力群起反对留学生事业，就连原本极力赞成派遣留学生的奕訢也开始动摇了。只有李鸿章还坚持认为留学生既然已经花钱送了出去，就一定要完成学业，半途而废最不可取。
1881年，一批留学生就要面临高中毕业，容闳按照李鸿章的要求向美国国务院提出申请，希望输送一批优秀的中国留学生进入美国的西点军校和海军军校学习。但美国国务院的回答是：“军事学校一律不接受中国学生。”容闳写信给李鸿章，认为这种作法有违《蒲安臣条约》，李鸿章表示无可奈何。
美国军校拒收中国学生之后，吴子登藉此再次兴风作浪，要求全部撤回留学生。总理衙门就此征求李鸿章的意见。李鸿章认为：第一，许多留学生已经进入大学深造，有望成材，中断学业十分可惜；第二，国家为派留学生费掉了几十万两银子，一旦付诸东流，也有伤国体；第三，无端地撤回留学生，会使美国政府惊疑，影响两国关系。但李鸿章毕竟不太了解留学生的实际情况，面对如此之多的反对，他在奏折中提出，应当对留学生区别好坏，部分撤回。看得出，李鸿章虽然站在了容闳的一边，却没有据理力争。
最终，奕訢的一道奏折对留学生归国起了决定性的作用。他说留学生“没有精通人家的技能，先已染上了种种恶习，即使竭力整顿防范也难以周到，应当立即将留学生事务所撤销，撤回留学生。”就这样，李鸿章、容闳苦心经营的事业毁于一旦。留学生恋恋不舍放弃了在美国未完成的学业，回到了国内。
回国之后
1881年秋，容闳作为驻美副公使任期已满，回北京述职。他先到天津拜访了李鸿章。二人相见，谈起关于留学生的事，许多疑团才得以冰释。以下是容闳自传中的有关记载：
去北京以前，我在天津拜谒了李鸿章，他提起召回学生一事。使我大为惊讶的是，他问我为什么把学生召回来。由于我不确切知道他此话的用意何在，便说陈兰彬接到敕令，令其撤销驻洋肄业局，既然皇帝陛下谕旨如此，而且陈兰彬和吴子登也都赞成，假如我独自出面反对执行朝廷命令，岂不成了叛逆，首级难保？但是他说，他内心是赞成他们留在美国继续学习的，我应当阻止他们回来。我的回答是，我怎么能在四万五千里之外了解阁下的内心活动呢？特别是他也曾说过最好让这些学生回国。假如他事先写信通知我，不论出现什么情况我都不要撤销肄业局，我就会明白怎样做。既然没有信给我，当然除了执行命令之外，别无其他办法。“好啦”，他以稍微带怒气的口吻说，“我已经知道造成这次危害的主使人了”。可巧，吴子登这时候也在天津，他刚由北京回来，写信来请我和他会面。出于礼貌，我前去拜访他。他对我说，他在北京没有受到礼遇，当他去拜谒李鸿章的时候，李的态度很严厉，第二次再去晋见时，竟吃了闭门羹。看上去他已积忧成疾，神情沮丧。自从我们这次会面以后，再也没有听到过他的消息。
就这样，吴子登成为李鸿章对顽固势力发泄怨气的牺牲品，从此从官场上消失了。
派遣留学生计划不幸夭折了，但李鸿章等人为求富求强所作的努力并没有白费。这些留洋的“幼童”，经历了诸多风雨已经成熟起来，通过对比东西方文明的优劣异同，他们更明白自强的重要性，也用自身的行动证实了这一点。
据统计，这些留学生中从事工矿、铁路、电报业者三十人，包括六名工程师和三名铁路局长。其中邝荣光是开平煤矿的采矿工程师，他参与了许多煤矿的勘测，并发现了湘潭煤矿。他还绘制了《直隶省地质图》和《直隶省矿产图》，这是中国最早的具有相当专业水准的地质图。詹天佑成为中国著名的铁路工程师。唐津铁路的修建过程中，跨度305米的滦河大桥成为一大难题。英、日、德等国的工程师多次修筑此桥失败后，宣布中国人绝对没有能力修建起这座桥。詹天佑应聘负责滦河大桥的设计工作。他通过实地勘查，总结外国工程师的经验教训，钻研国内外先进的桥梁技术，成功地建成了中国第一座现代化大桥。詹天佑还主持修建了难度极大的京张铁路，这条铁路途经许多高山峻岭、河沟险滩，尤其是居庸关、八达岭一带坡度陡峭。詹天佑创造性地发明了“人”字形结构铁路，在八达岭一段，用两台大马力机车，一个在前面拉，一个在后面推，稳妥地解决了坡度太陡的问题。这条铁路比原计划提前两年完成，节约经费二十八万两银子，有力地回击了外国人“建造这条铁路的中国工程师还没有出世”的谬论。詹天佑本人也被英国工程师协会选举为会员。
从事教育事业者五人，有两人做了大学校长。其中唐国安在担任清华学堂校长后，深感西学的重要，全力支持青年赴美留学，为清末大批学生出国求学作出了贡献。
从事外交、行政工作者二十四人，包括十二名领事、代办，两名外交次长、公使，一名外交总长（梁敦彦），一名内阁总理（唐绍仪）。其中吴仲贤任墨西哥代办时，有一百零八名华工因公死亡得不到赔偿，吴仲贤据理力争、多方奔走，为死亡华工讨回抚恤金，维护了在外华工的利益。梁丕旭是清末外交界知名人士，他陪同醇亲王载沣赴德国访问时，德皇威廉二世想趁机侮辱中国，要求载沣行下跪磕头礼。梁丕旭毫不退让，几经争取，终于迫使德国皇帝同意改为鞠躬礼。
服务海军者二十人，他们被分配到福州船政学堂和天津北洋水师。中法战争和中日甲午战争爆发后，留学生们英勇参战，他们不但知识全面、技术精湛，而且作战勇敢，丝毫没有像保守派们所传言的放荡浮躁。二十人中十四人当上海军将领，其中吴应科升至舰队司令、徐振鹏官至海军次长，而杨兆楠、黄季良、薛有福、邝咏钟、陈金揆、沉寿昌、黄祖莲等为国捐躯。中日战争之后，大批留学生被派往国外学习，中国终于睁开了沉睡的眼睛。
