岁月在缓缓地流淌，生命在慢慢地消逝。林则徐痛定思痛，他决定在自己风烛残年之际，要抓紧时间为边疆人民作点贡献。经过一番认真的调查研究，他认为，要充实边防力量，改善当地人民生活，就必须实行屯田戍边。于是，他不顾年迈多病，仍满腔热忱地主动向布彦泰提出认捐阿齐乌苏垦地的要求，并得到了对方的大力支持。
1844年冬，林则徐便积极组织当地的百姓，开始了阿齐乌苏废地的初垦工作。俗话说，农田水利，不弃不离。要重新开垦阿齐乌苏，首先就必须解决好那里的水利问题。于是，林则徐主动向布彦泰要求认修龙口水利工程。而后，他亲自率领民工去挑沙挖石，修堤筑坝。经过四个月的艰苦努力，他们硬是在那不毛之地上修成了一条长三千多米、宽十多米的大水渠，使这里成为当时新疆最大的灌区。直到清朝末年，官方都将这条水渠称为“皇渠”，但是勤劳朴实的新疆人民却一直都叫它“林公渠”，由此可见林则徐的功勋。
工程竣工后，阿齐乌苏垦地得到了有力的水源保障，屯垦面积迅速扩大，实际开发出近二十万亩土地。于是，新疆各地纷纷加以仿效，很快便掀起了一个垦荒种地的新高潮。
1845年2月，林则徐还没来得及擦去额头上的汗水，便奉旨陪同喀喇沙尔办事大臣全庆赴南疆去勘察当地的垦荒情况。那时候的南疆异常荒凉，自然条件极其恶劣，到处是一望无际的荒漠，人迹罕至。大部分地区气候干燥少雨，只有塔里木河、叶尔羌河、喀什噶尔河、阿克苏河等流经的地区才有少数的绿洲。林则徐却毫不畏惧，他决心“短衣携得西凉笛，吹彻龙沙万里秋”。
1845年3月下旬，林则徐会同全庆首先去勘察库车的垦地情况。4月4日，林则徐来到阿克苏城，并立即前往乌什勘地。4月7日，他们兵分两路，林则徐与维禄负责南城的勘察任务，全庆则负责去东城勘察。最后，他们两路人马一共统计垦地面积10.3万亩。4月11日，林则徐一行重返阿克苏，次日他们就动身去270里外的南疆勘察。4月14日，林则徐又和全庆一起来到了朗哈里克，然后从东西两边同时丈量那里新开垦出来的土地。4月中旬，林则徐由阿克苏出发，前往叶尔羌勘察。5月4日，林则徐从叶尔羌奔赴和阗。完成任务后，他又折回叶尔羌。6月7日，林则徐风尘仆仆地抵达巴尔楚克。6月9日，完成任务后，他便抄小路返回阿克苏。至此，南疆六城土地全部顺利勘察完毕，并且写成了详细的勘察报告。
就在林则徐返回库车的途中，他又奉命与全庆再度联手去勘察喀喇沙尔的垦地情况。于是，林则徐又义无反顾地再次上路，踏上了新的旅程。7月8日，林则徐会同全庆勘察喀喇沙尔。7月12日，他俩一同去勘察库尔勒续垦的土地。9月，林则徐又奉命勘察伊拉克里垦地，并于9月6日前往伊拉里克续修水渠工程视察。10月底，他再次奉旨与全庆共同勘察了南疆八城的十几个地方，并勘得土地689718亩。
半年多来，林则徐拖着病弱的身体，行走于茫茫大漠之中，克服了无数难以想象的困难，最终完成了任务。后来，林则徐赋诗纪念自己的业绩：
蓬山俦侣赋西征，累月边庭并辔行。
荒碛长驱回鹘马，惊沙乱扑曼胡缨。
但期绣陇成千顷，敢惮锋车历八城。
丈室维摩虽示疾，御风仍喜往来轻。
为了更好地开发南疆，林则徐每到一地，就会倡导那里的百姓兴修水利，开浚水源。例如，在叶尔罕，他不仅亲赴水口调查，帮助人们证实了渠水可以翻越两道山梁来灌溉农田，而且还提出了各种护渠措施。在喀喇沙尔，他建议人们在北大渠南岸增挖一道主干渠、两道支渠，从而一举解决了喀喇沙尔环城垦地的灌溉问题。在伊拉里克，他又结合当地实际，建议将大、小阿拉浑河汇成一条河来灌溉。
在吐鲁番，林则徐不但向人们倡议开渠引水，而且还大力推广坎儿井。坎儿井是新疆各族人民根据自己所处地方的自然地理特点，一代一代地用聪明才智和辛勤劳动所创造出来的一项伟大发明，它与万里长城、京杭大运河并称为中国古代三大工程。
当时，吐鲁番的人们习惯把劳动干活说成是“坎儿”，又把修造蓄水池、出水口、地下横洞、竖井等一些复杂的工程都称作“印子”，这样，把“坎儿”和“印子”联结起来，就叫做“坎儿印子”了。随着时间的推移，人们渐渐地开始把这一创举称之为“坎儿井”。
坎儿井主要由打造的直井、地下连通的暗渠和地面的明渠三个主要部分组成。人们利用吐鲁番盆地自然倾斜的地形，先打直井伸到地下的含水层中，然后再把井与井之间打通为暗渠，使水流渠中，最后再引水灌溉农田。这种独特发明有利于减少新疆干燥条件下水量的流失，也与当地的地形完美结合，收到了良好的效果。
经过一番实地考察之后，林则徐觉得这种方法非常适合新疆这样干旱地区的农业用水，于是他很快就把这一传统的灌溉方法加以改进，并积极予以推广。与此同时，他又从广东、福建引进无数的树苗植于北疆。不久，坎儿井犹如满天星辰，遍布于新疆河谷一带。一片又一片的绿林点缀在广袤无垠的沙漠上。在吐鲁番地区，至今人们还把他当年推广的坎儿井亲切地称之为“林公井”。
林则徐还在新疆地区积极推广生产技术，造福当地百姓。他根据吐鲁番盛产棉花的特点，在当地大力倡导纺纱织布，并把内地的纺织技术无私地传授给那里的百姓。所以，后来那里的人们都把纺车叫做“林公车”。
林则徐主张要因地制宜，结合实际，实事求是地决定当地的屯田方式。根据这一原则，他和全庆共同建议在巴尔楚克、伊拉里克、吐鲁番和喀喇沙尔采用“民屯”的形式，其余大部分新垦的土地则采用“回屯”的形式。这种实事求是的土地政策，极大地刺激了当地百姓的生产积极性，有力地促进了边疆地区的开发，同时也为边防事业积累了雄厚的物质基础。
林则徐对开发新疆所作的贡献，那里的人民有目共睹，因此大家都十分尊敬和爱戴他。
总为浮云能蔽日，长安不见使人愁。不知不觉，三年时间过去了。1845年12月，林则徐在哈密终于盼来了入关返京的圣旨，他顿时喜极而泣，三年来的努力总算有了收获。他兴奋不已，忍不住又诗兴大发，挥笔写下了一首《纪恩述怀》：
飘泊天涯未死身，君恩曲贷荷戈人。
放归已是余生幸，起废难酬再造仁。
一唱刀环悲白发，重来辇毂恋红尘。
枯根也遇阳回候，会见金门浩荡春。