左宗棠第二次入值军机处时，仍然充满了雄心壮志。不久，中法战争爆发，左宗棠又远赴福建。到福建后，频频获得大捷。然而，懦弱的清政府已经被西方列强的坚船利炮吓破了胆。左宗棠不顾70余岁的高龄为国驱驰，却换来了清政府在中国战场取得胜利的情况下签订了屈辱的和约。左宗棠也正是在这种大厦将倾的局势下，抱恨终天！
1884年6月13日，左宗棠风尘仆仆地抵达北京。左宗棠奉诏赴京入见，他已交卸了两江总督之任。
左宗棠重入军机期间，其雄心壮志依然不减当年，很想能在这个时期施展一番作为。按照清政府的谕旨，左宗棠在军机大臣上行走，本来是“毋庸常川入直”的，但他却“封事同军机上”，并“自请每日入值”。
6月26日，他正式到神机营任职。为方便工作，他于7月中旬移居西安门外兴胜街江宁将军善庆宅。
8月6日，左宗棠又上奏清政府，请求将神机营兵丁扣旷免除，其办公费资，则除将上逑各省解款“陆续发典生息外，其余不敷生息银两，臣当凑捐廉余，助成要款”。他说：“总期不扣兵丁旷银，而兵费亦不致支绌，方为均有裨益。”
左宗棠在这次入值军机期间，他做的另一件较有影响的事情就是撰写并呈交《艺学说帖》。
1884年7月11日，国子监司业潘衍桐奏请朝廷特开艺学一科以储人才。同日，清政府发布谕旨，令“大学士、六部九卿会同总理各国事务衙门妥议具奏”。于是，左宗棠撰写了《艺学说帖》，交大学士、六部九卿和总理衙门会议。
在《艺学说帖》中，左宗棠首先肯定了“艺学之宜行”。
左宗棠将艺学等同于中国古代早已有之的制器之学，虽然有点牵强附会，但其用意在为艺学的兴办开路，也反映了他在学习西方过程中对封建主义的软弱性和妥协性。他从当时紧迫的形势出发，指出“此时而言自强之策，又非师远人之长还以治之不可”，具有强烈的爱国意义。
左宗棠在第二次入值军机期间，还特别关注中法战争形势的发展。当时，战事正在发生重大的转折：法国不仅继续扩大对越南的侵略，对中国本土也发起了军事进攻。
其实，左宗棠正在北上途中，就听到李鸿章与法使福禄诺在天津签订了《中法简明条约》，条约中规定：“中国承认法国占领越南，撤回驻在越南的军队，并允许法国商品由云南、广西自由输入内地”等。这项条约严重地损害了中越两国人民的利益，又向侵略者打开了中国西南大门。左宗棠是一贯的主战派，在离南京之前，还曾写信给总理衙门，主张为抗拒侵略，不惜与法国一战。听到这项卖国条约的签订，宛如一盆冷水向头上泼来，他气愤之极，立即向朝廷写寄一份《时务说帖》，反对在侵略者面前采取妥协投降政策，认为这样将遭受被瓜分的危险。
6月23日，《天津简明条约》墨汁未干，法国将领杜桑尼中校就率军900人，向驻守越南北宁观音桥的清军营地发起攻击，并扬言要接收谅山、高平两省。清军被迫奋起还击，将敌出退。事后，法国竟反诬中国破坏《天津简明条约》，蓄意进一步侵犯中国本土。
8月5日，法国远东舰队副司令利士比，率舰3艘，进攻台湾基隆港，依仗猛烈炮火，轰毁基隆炮台；6日，并派海军陆战队登陆，被守军击退。
8月23日，早已停泊在福州马尾港的法国舰队，在舰队司令孤拔的指挥下，向福建水师发动猛烈的攻击。中国水师仓促应战，实力悬殊，全军覆灭，11艘舰艇全被击沉，官兵死伤约2000人；马尾船厂也被炮轰，遭到破坏。
战事的发展，完全证实了左宗棠在《时务说贴》中的预料：“法国侵略者得陇望蜀，中国不能高枕而卧，中法之间非决计议战不可”了。马尾之战后三天，即8月26日，清政府正式对法宣战，援越战争发展为主要是法中两国间的侵略与反侵略战争。
战局的发展，使左宗棠对国家民族的命运十分忧虑，他为此而多方筹划。
观音桥事件发生后，他上奏朝廷，指出“法军的行动，足以证明法国人的请和之举不足信，而缓兵之伎俩毕露；而且自天津和议条款一出，天下臣民莫不共愤而痛感狡虏之欺侮朝廷。兹又衅自彼开，法人虽狡，无可置辩。惟有淆旨敕下滇、粤督抚臣，严令防军稳扎稳打，痛予剿办”。并再申前请，令黄少春迅速挑选成军，开赴广西前线。
7月21日，他去工部尚书、前军机大臣翁同龢处长谈，“力主战，以为王德榜、李成谋、杨明镫（海）皆足了此也”。在此前后，他还与醇亲王奕譞共议中法战事。主战态度十分坚决，并且表露了请缨赴敌的意愿。马尾之战清军惨败后，他忧心如焚。待清政府发布宣战诏书，他便迅即慷慨请行。
9月4日，左宗棠往见醇亲王奕譞，要求代为请旨统兵出征。于是，9月7日，清政府从战争的需要出发，接受了左宗棠的请求，任命他为钦差大臣，督办福建军务。