1884年9月15日，被清廷受命为钦差大臣，督办福建军务后的左宗棠陛辞启行，水陆兼程前进，于10月14日行抵江宁（南京）。
其实，清朝廷派左宗棠以钦差大臣督办福建军务后，又对福建军政官员作了部署和调整，将原会办福建海疆事宜大臣张佩纶及船政大臣何如璋等撤职查处，任命杨昌濬为闽浙总督，穆图善为福州将军，充当左宗棠的副手。杨昌濬是他的旧部属和老朋友；穆图善以前在西北也共过事，但关系不融洽。台湾道刘璈是他的老部下，福建巡抚刘铭传则是淮系将领，李鸿章的亲信。
左宗棠抵达福州后，他会同福州将军穆图善、闽浙总督杨昌濬等，积极筹谋，多方部署，围绕抗法战争的需要，主要采取了以下四个方面的措施：
1.派兵增援台湾。马尾之战后，法军以主要力量倾注于台湾。10月1日，法军攻陷基隆。10月2日至8日，分兵进攻沪尾（今淡水）。10月23日，封锁全台南、西、北、东各海口，舰艇游弋台湾海峡，台湾局势紧急万分。督办台湾军务的刘铭传不断呼救请援。左宗棠认识到：“台湾为南北海道咽喉，关系甚火，倘有疏失，不但全闽震动，即沿海各省隘口，不知何时解严！”“若不赶紧救援，诚恐贻误事机，牵动全局”；“目前军务，实以援台为急”。因此，他还在江宁时，就奏请飞敕帮办军务杨岳斌统带湖南八营，南汉口附搭轮船赴沪，配载兵轮，先趋厦门，伺机渡台。
因此，左宗棠抵达福州后，尽管百端待举，他首议调兵援台。
1885年2月上旬，王诗正、陈鸣志等部乘重价雇用的英轮陆续渡抵台南；3月初，开赴台北。3月4日，基隆法军大举进犯台北月眉山，清军败退。3月6日，王诗正部威、良两营到达前敌阵地，夺回月眉山尾一卡；次日，仰攻月眉山巅敌垒，伤亡很大，退驻五堵。此后，战事处于相持状态。3月19日，杨岳斌率所部各营自卑南登岸，抵达台湾府城。台湾局势渐趋缓和。
2.加强福建沿海防务。福州是福建省会所在，又是重要港口，因而成为福建防务的重点地区。由外海进入福州，要经历两道险要门户，其一在长门、金牌，其一为闽安两岸。
1885年2月上旬，临近旧历年关，忽据探报，法舰7艘泊驻马祖澳，将乘岁除进攻，人心复起恐慌。左宗棠即与杨昌濬前往长门，会商穆图善，妥筹布置：“将海口水道标识立即撤去，并督饬水雷教习将各雷火药装齐，沿港遍布，一面通知各国领事，即日封港”；修复长门、金门等地及闽安南北岸各处炮台，又从马江原被击沉的“建胜”舰上起出18墩大炮，安置利用，严阵以待。
2月10日至12日，左宗棠、杨昌濬又先后离开福州，到南台、林浦、马江、闽安南北岸和长门、金牌等地巡视。在长门、金牌阅兵时，“各营将士均站队试枪，军容甚肃。各炮台可放之炮，亦皆演放数过”。敌舰见有备，驶离闽江口。左宗棠回福州，“将经过情形宣示民众，人心始安”。
除加强福州外围的防务外，对福建其他滨海各府县，左宗棠则沿用两江地区的经验，办理各海口渔团。他“拣派勤练明十之员，分赴福州、福宁、兴化、泉州四府各海口，设局会同地方官及本籍绅士，办理渔团。择渔户中骁勇善水者作为闭长，勒以步伐，犒以资财，动以功名，段以利害”，使其不为敌用，消除内讧，并达到抵御外侮的目的。
3.试办闽台糖务。左宗棠抵福建后，见边防紧要，营勇日增，军用浩繁，库司告竭，协饷不继，虽借洋款400万两，而款多息巨，筹还不易，于是有开源节流之议。
左宗棠的规划是：拟从借款内提银数万两，先派熟知糖务之员赴美国产糖之区参观做法，购小厂机器，兼雇洋工数名，来华试制。待考定得糖实数，“另议章程，或购蔗制糖，或代民熬煮，民利仍还之民，官只收其多出之数。著有成效，即行扩充。不惟内地各口可以一律照办，台湾产蔗尤多，军务一平，即须加意仿办”。左宗棠还提出：“惟以官经商，可暂而不可久。如官倡其利，民必羡之，有的实之户不搭洋股者呈资入股，应准承课充商。官本既还，只收岁课，不必派员管厂。”
4.奏拓福州船政局。马尾之战，中国福建水师全军覆灭，左宗棠亲手筹办并毕生关注的福州船政局也遭到破坏。虽然因广大职工的共同努力，船厂很快治好了战争创伤，继续开工生产，但教训是沉痛的。左宗棠痛定思痛，于抵达福州后，从加强战备和海防全局出发，力图亡羊补牢，重新加以规划整理。
1885年3月11日，左宗棠会同穆图善、杨昌濬向清廷上了一个《请旨敕议拓增船炮大厂以图久远折》。奏折首先提出：“海防以船炮为先，船炮以自制为便。”这是左宗棠筹办福州船政局以来的一贯思想。接着，他从技术方面总结了福州船政局前此的教训，并且提出了如下新的建议：
1.拓增炮厂。他引述船政局出洋归国学生的意见说，“中国欲兴炮政”，必须取法当时世界最先进的德国克虏伯厂或英国法华士厂，“雇其上等工匠，定购制炮机器，就船政造船旧厂开拓加增，克日兴工铸造”。
2.开办穆源铁矿。这是因为，归国留学生提出，“制炮之铁与常用铁器炼法不同，必须另开大矿，添机冶炼，始免向外洋购铁”，而福州穆源铁矿，矿苜甚旺，“若用以制炮，取之甚便”；如此“矿、炮并举，不惟炮可自制，推之铁甲兵船与夫火车铁路，一切大政，皆可次第举办，较向外洋购买，终岁以银易铁，得失显然”。
3.筹办江苏徐州铁矿，并于“吴楚交界之处，择要设立船政炮厂，专造铁甲兵船后膛巨炮”。奏折强调说：“及时开厂创办，补牢顾犬，已觉其迟；若更畏难惜费，不思振作，何以谋自强而息外患耶？”显然，这是一个兼顾当前与长远需要的建议，对于推动福州船政局的继续发展以至整个海防建设，都具有一定的意义。
正当左宗棠在福建积极调兵援台，加强东南海防，并逐步取得成效的时候，他所派王德榜的“恪靖定边军”在西南中越边境抗法战争中，配合其他各军，也取得了巨大的胜利。
1885年3月23日，法侵略军倾巢来犯，在关前隘激战终日。次晨，侵略者乘雾鼓噪扑来，炮声震谷，枪弹雨集，长墙有几处已被轰塌，一些法国兵由指挥官持枪吆喝着，企图爬墙冲入。坚守长墙的兵勇们眼里冒火，恨不得立刻杀出去与敌人展开肉搏。下午，冯子材看到士气旺盛，个个憋了一肚子对侵略者的深仇大恨，立刻发动反攻。随着一阵连珠炮响，栅门大开，冯子材挥动长矛，一跃而出。兵勇们就潮水似地涌出栅门，奋勇争先，以排山倒海的气势压向敌人阵地，刀劈枪挑。侵略军惊呆了，霎时旗靡阵乱，炮声顿哑。
突然，阵后又杀声大起，关外中、越群众1000多人风驰电掣地冲杀进来。侵略军全线崩溃，一个个丢盔弃甲，拔腿就跑，翻岭越涧，仓皇逃命。各军乘胜追杀10多里，毙敌官兵1000多人。
法军统帅尼格里受重伤，躺在担架上星夜南窜，这时，他恍惚理解了中国人在镇南关上写的那句“重建门户”的话意味着什么。
冯子材、王德榜两军将镇南关营垒全部收复，苏元春军也加入作战，三军联合攻占了敌军老巢驱驴，当夜收复谅山，这就是举世闻名的“镇南关—谅山大捷”。清军一直追赶法军到坚老。同时，刘永福的黑旗军在西线也获得临洮大捷。
26日，各军长驱出关，连克文渊、谅山，长庆府，前锋直指北宁。北宁义军2万人，建立五大团大举响应。3月28日，在谅山城北击败法军，重创法军司令尼格里。29日，清军收复谅山，法军退往北宁、河内。3月30日，法国茹费理内阁宣告倒台。
越南人民得知清军大胜，纷纷闻风响应起义。越南官员将北宁等处义民也集中起来，成立“忠义五大团”，打出冯子材军旗号，自愿为清军挑饭、做向导，随军助剿。在中国国内，人民也都欢欣鼓舞。
当法军战败的消息传到巴黎时，引起了法国全国上下的震动。
但是，在此有利的形势下，腐败无能的清政府却抱定“乘胜即收”的方针，派出李鸿章与法国使臣议和。
4月4日，双方代表在巴黎商定和议草约即《中法停战条件》。清廷在《草约》签订的第三天，即二月二十二日（1885年4月7日），慈禧太后立即下诏停战。
停战令迅速传到前线，这时中越边境将士士气高昂，中越军民同仇敌忾，正在奋勇追击溃败的法军，突然传来“停战撤兵”的谕旨，将士们惊讶万分，人人愤恨不已。据史书记载说，将士们“拔剑砍地，恨恨连声”。王德榜和冯子材正在追击法军途中，得到谕旨后，虽然气愤万分，但只能服从圣旨，放弃已收复的城池，将军队撤退到广西境内。
5月13日，清政府派李鸿章与法国公使巴德诺在天津开始谈判正式条约。6月9日，《中法会订越南条约十款》正式签订，主要内容为：“清政府承认法国在越南的殖民统治；中国在中越边界开埠通商；中国日后修筑铁路应向法人商办；法军退出台湾、澎湖。”至此，中法战争宣告结束。中国虽收回了基隆、澎湖，法国却不仅夺得了整个越南，而且把侵略势力伸入到了我国的云南和广西。左宗棠满怀忧愤抑郁的心情迈入了他晚年的最后时期。