洋务运动的兴办，其宗旨用一句话来概括，就是“师夷长技以制夷”。要达到这一目的，首要的一点就是要懂得洋人的语言文字；而要利用洋人的“长技”“造船制械”，还需要“设局译刻西书，引导后进以广人才”。在此情况下，传统的教育体制，从内容到形式都已无法满足实际的需要，从而迫使洋务派着手兴办近代的教育事业。
1.开办学习西方语言和技术的学堂
让中国人懂得洋人的语言文字，是洋务派们最先关注的问题。为了培养急需的翻译人才。60年代初，洋务派在北京、上海、广州等地，相继设立了第一批外国语学堂，如北京的京师同文馆，上海的广方言馆，广州的方言馆等。
外国语学堂虽然是以学习英、法、德、俄等国文字为主，但是，洋务派们还希望通过语言文字的学习，广泛了解西方的科学技术，以图自强，所以，北京的同文馆除英文馆法文馆、俄文馆外，还设立了天文、算学馆。1888年，刘铭传设立台湾西学馆时，就明确宣布办馆的宗旨：学生在学习英文的基础上，还要“渐进以图算、测量、制造之学，冀各学生砥砺磨研，日臻有用，而台地现办机器、制造、煤矿、铁路，将来亦不患任使无才”。1893年，张之洞设立湖北自强学堂时，同时开办泰西方言、格致、算学、商务四斋，希望学生在“精晓洋文”的基础上，“会同博采”西方的先进技术。
在洋务运动开展的同时，洋务派越来越认识到机器生产和科学技术之间的密切关系，以及通过教育培养科技人才的重要意义。“有西学而后有人才”，“唯洋人制造确有精理，不从学堂出者只能步其后尘，不能独出奇异，则西学馆之设，自不可少”，“方今时势为古今一大变局。泰西创设机器以来，互相效法，以为非此不能自立。而机器之用，具有至理，必须考究于平日，若临时猝办，即无及矣。故当今之急务，以开学馆、培养人才为最。”正是基于这样的认识，根据近代军事工业和民用工业对人才的需求，洋务派们还开设了一批为培养学生掌握西方技术的专业学堂，当时称为实业学堂。
1866年，左宗棠奏设福州船政局时，随之确定了聘用洋人设厂制造同时教授生徒的方针。在聘用洋人的合同中明确规定：5年内要造出大小轮船15艘，并培训中国工人学生在5年后能独立担任制造和驾驶工作。为达到这一目的，福州船政局开办之初，就设立了船政学堂——求是堂艺局，培养制造、绘图、管理、驾驶的专业技术队伍。郑观应在开办矿务局时，也将此法加以推广，成立矿务学堂，“由外洋聘请著名矿师兼矿务学堂教习，首得其用，次传其法，数年矿成而学亦成，工师即去，已有替人矣”。1880年，张树声设立广东学馆时，为勉励士人力求实济，将学馆命名为实学馆。馆中学习内容为管轮、驾驶和制造，即航海专业和造船专业，性质同福州船政局的求是堂艺局相同。
七、八十年代，电讯业的兴起，推动了一批电报学堂的设立。1875年，丁日昌将被当地百姓拆掉的丹麦大北电报公司在厦门等地擅自架设的电线买回，“仍将电线留存，延请洋人教习学生”，因此设立了福州学堂。丁日昌在电线还没有架设就先设学堂，说明他对电报事业的发展是有远见的。1880年，在天津至大沽电线架设之初，李鸿章在这年10月，在天津设立电报学堂，聘丹麦大北公司来华“教习电学打报工作”。李鸿章认为，自己设学堂培养电报人才，可以做到“自行经理，庶几权自我操，持久不敝”。在李鸿章的主持下，天津电报学堂成绩蜚然。在津沪、沪汉、沪浙等地架设电线时，所需的技术人员，“皆由天津学堂随时拨往”。1883年，电报向全国各省推广，到处急需人才，由是在上海设立了较大的电报学堂。从此，上海成为培训电报人才的中心。
在近代海军的建设过程中，由于“水师将士，非招募可集，非立谈可至，自入学至管驾，竭力以求，少则10年，多至10余年，方可称职”，于是，一批培养水师将士的水师学堂、鱼雷学堂以及军医学堂等相继开设。1880年，李鸿章创设天津北洋水师学堂，以“立中国兵船之根本”为目的，培养海军方面的人才。1887年7月，张之洞在广东设立广东水师学堂，既培养海军方面的人才，又兼顾陆军。1890年，两江总督沈秉成设立南京水师学堂，并将优秀学生推荐自海军衙门。此后，大批实业学堂方兴未艾，全国各地多抽设置。
2.向国外派遣留学生
向国外派遣留学生的建议，最早是一个名叫桂文灿的知县根据日本的经验提出的。1863年，他向总理衙门建议说：“闻日本近遣幼童分往俄、美两国，学习制造船炮铅药及一切军器之法，期以10年而回，此事如确，日本必强，有明倭患，可为预虑。学习制造船炮等法，我国家亦宜行之。”奕？极为赞赏：“伏思购买外国船炮，由外国派员前来教习，……诚不若派员带人分往外国学习之便”，但因“此项人员，急切实难其选”而作罢。
此后，随着洋务运动的发展，洋务派敏感地意识到，要把西学西技学到手，最行之有效的办法，莫过于直接到西方学习。因此，派遣幼童出洋留学，成了洋务事业发展的客观需要。这一建议最终实行，容闳倡于前，曾国藩成于后，中间起桥梁促进作用的是丁日昌。
1868年，经蒲安臣之手签定的《中美续增条约》第七条规定：嗣后中国人欲入美国大小官学学习各等文艺，须照相待最优国之人民一体优待。”，为赴美留学提供了条约的依据。也在这一年，受教会资助到美国留学、毕业于耶鲁大学的容闳，向丁日昌提出了关于留学事宜的建议。丁将此建议呈给总理衙门的文祥，但因文祥不久谢世而被搁置。1870年，容闳又将此事与曾国藩商量，曾国藩认为这是“收远大之效”的事情，立即与李鸿章上书总理衙门。得到批准后，当即成立了一个筹备委员会，设定了派遣章程。经过充分地酝酿，1872年夏，第一批12——20岁的留学生赴美学习，1875年送走最后一批。容闳称此为“中国两千年历史中特开之新纪元”。
正因为此举是中国“古来未有之事”，所以遇到的阻力也特别大。在筹备委员会中间，对此的观点也不一致。以正委员陈兰彬为代表的顽固守旧派与容闳曾发生过激烈的争论。争论的结果是，顽固派们获胜，赴美的留学生中途撤回。1881年，在分三批回国的94名留学生中，只有两人得到学士学位，其中之一即后来著名的铁路工程师詹天佑，为幼童留美点缀了一丝光彩。
幼童留美虽然中途夭折，但派员出去学习西洋技术却是洋务派们所坚持的。1873年，主持福州船政局的沈葆桢，在洋人合同到期的情况下，决定派遣船政学堂的优秀生出洋留学。这一建议，得到了李鸿章的赞成，并得到清政府的批准。1874年，沈葆桢进一步提出实施计划：“今拟法学（法国造船之学）办法，半日肄业工厂，每年复以两个月游历各国各船厂，以增长其见识，庶四、五年间可以练出全才。……至英国驾驶之学，每年均在学堂，亦以二个月赴大兵船阅看练习。”“其成功年限，想不逾两年，定堪胜任。”并设计了具体的教学大纲。
计划虽很具体，但因1874年日本侵略台湾等事耽搁下来。到1876年，李鸿章就此事与威妥玛商量，并明确地表示，“将遣留学生赴该国水师大学堂及铁甲舰学习”。他又与日意格、李凤苞详细商讨了具体计划，拟订了章程，并选定了30名学生。其中，到法国学习制造的学生18名，到英国学习驾驶的学生12名。1877年3月，在日意格和中国随员马建忠、文案陈季同、翻译罗丰禄的带领下，第一批留欧的学生成行。船政大臣吴赞诚表达此举的心情和目的时说：“该生徒等深知自强之计，舍此无可他求，各怀奋发有为，期于穷洋人之奥秘，冀备国家将来之驱策，虽7万里长途，均皆踊跃就道。他日或能蔚成大器，共济时艰。”
第一批船政留学生取得了良好的成绩。12名留英学习的学生中，除一名因病先期回国，11名学生中，获得“成绩优异”评语的2人，“造诣最深”的1人，“于行军布阵以一切战争之法无不谙练”的4人，“考试屡优”的1人。14名留法学生，除1名病故外，其余13人都分别取得了能胜任中工程师和矿务总工程师的文凭，其中魏瀚、陈兆翱尤为突出，被评为“成绩优异，可与法国海军制造监工并驾齐驱”。先后派出的9名留法艺徒，也都完成了学习任务。他们于1878年至1880年间先后回国，成为福州船政局和北洋水师的重要骨干力量。
受到首届留学生成效卓著的鼓舞，1879年，李鸿章又奏请派出第二届留学生。此后，1881年派出10名，1885年派出30名。
上述三批留欧学生学成回国后，不仅在实业、外文、教学等方面，都起到较为重要的作用，而且对中国的造船工业和海军建设也起了重要的作用。福州船政局开办以后，从1875年进入由中国技术人员指挥造船的阶段，直到1898年。这期间，前6年由船政学堂的毕业生担任技术指挥，后17年主要是回国留学生主持的。在被称为“实能通晓制造者”、“不愧奇才异能之选”的14名优秀技术人员中，留学生占了11名。署理船
政大臣裴荫森曾说：“制造船身学生魏瀚、郑清濂、吴德章，制造轮机学生陈兆翱、李寿田、杨廉臣等六员，自出洋艺成回华，先后派充工程处制造以代替洋员之任，历制‘开济’、‘横海’、‘寰泰’、‘广甲’、‘龙威’等船，均能精益求精，创中华未有之奇，以副朝廷培植之意。”
在海军舰队中，回国留学生也是不可缺少的骨干。参加甲午中日战争黄海大战的12艘北洋水师船舰的管带，其中半数是首届船政留学生。林泰曾和刘步蟾分别担任最大的巡洋舰“镇远”、“定远”的管带，其他“靖远”、“济远”、“超勇”、“扬威”等主力舰的管带，也是由留学生所担任。另外，在留学生中还出了一些精通西方学术思想的人，如严复，不仅担任福建、天津水师学堂教习、总教习20多年，而且翻译了《天演论》、《原富》、《法意》、《名学浅说》等宣扬进化论、天赋人权论等西方名著，为中国近代思想的解放做出了贡献，并在后来成为著名的维新人士。
中国历史上的这次以“自强求富”为目标的洋务运动，伴随着甲午海战的隆隆炮声，退出了历史舞台。
这场持续30多年的运动，其发生的历史背景，其所追求的终极结果，与在此之前的历史上任何同样以挽救王朝危机的运动都不同，可谓是“前无古人”。这场运动是对近代西方列强所注入的痛苦、屈辱不满而引发的，但颇为尴尬的是，运动中的“自强”，却要以“师夷长技”来达到“制夷”的目的；运动中的“求富”也不免带有买办的色彩。这种境况，曾让后世的学者在“是爱国的还是卖国”这一单一的观点中纠缠不清。
现今的学者们，已经从深层意义来评判这场运动的性质和作用了。其中尤以庞朴先生在《文化结构与近代中国》中所说：“物质变化所必然带来的诸种问题，许多都是物质自身的无能为力而有待于制度和理论来解答的。例如铁舰和洋炮之使用，便带来官兵的素质、军队的编制、战略战术的改变、军需军备的管理、人才的培养与选拔、武器维修与制造等一系列问题，这些问题，初起时以数量极少，尖锐程度较低，尚可依赖于聘用洋人，寄望于‘一转移间’；迨至日积月累，前后踵继，便会感到它们同旧制度之间不共戴天。”