沈担任知府仅仅13个月，1857年6月，他就被任命为广饶九南道的道台。这个道在江西北部，包括广信、饶州、九江、南康。由于官府所在地九江仍在叛军手中，沈在广信就任。这时，清朝的总形势有所改善，广信的作用也因之弱化——来自湖南、湖北的增援，打通了联系各地的交通线。1856年下半年，太平军首领之间发生流血冲突，使太平军的实力受到了严重削弱。曾国藩因父亲丧事，于2月间暂时离职，江西东北部的叛军被迫撤向安徽、浙江，广信因而成了组织反太平军战役的基地。
为了加快军事进展，曾缩短了他的丧假，于1858年7月回到安徽、浙江。途中，他在广信附近和沈及李元度会面。李是曾的心腹，是个湘军统领，最近又和饶廷选联合防守浙赣走廊。这次会议决定，李重新回到曾部，由沈接手防卫广信地区。曾离开后不久，他赋予了沈更多的责任。首先，沈要挑选人才，并向他报告。他还嘱沈负责湘军的供应。于是，在他们初次会面后不到三年里，曾还准备将极为重要的任务交付给沈。不单是要他防守浙赣走廊，而且要承担起这一地区的整个军事活动。沈接受这些任务之后，就成了有两个上司（曾和江西巡抚）的官员。
这个时期沈和曾的关系如何很少为人所知。最大的可能，他多多少少能够满足曾的军事供应的需求。因为虽然偶有短缺，未见曾有所抱怨。但是，沈和曾的密切联系，导致他和江西巡抚的关系紧张，因为曾和江西巡抚有着对立的利益和长期的敌对关系；此外，巡抚耆龄嫉妒沈的能力。由于这些原因，沈于1859年3月以健康不佳为借口呈请辞职，但他的请求没有获准。3个月以后，九江收复，他有了迁回官署所在地的可能，这避免了双方的进一步难堪。7月，他的弟弟沈琦去世，他不得不离职，回到故乡侯官，看望年老的双亲。
沈在广信任职，是他早期官宦生涯的重要转折点。尽管沈和巡抚不和，但和曾国藩却能很好共事，从而赢得了后者的信任，而且和其他地方官员建立了有益的联系。这些官员中有粮道李桓（1827-1891年），一个能干诚实的人。李和曾一样，是湖南人，尽管在江西官僚机构中任职，他愿意并能够和沈亲密合作，以符合曾的需要，以后他成为沈的得力助手。
我们对于沈葆桢作为地方官知道得很少，同时代的记述表明他实行了1854年当御史时提出的理想，有些得到成功。所有资料都将他描写成仁惠、坚定与公正之人。正如我们对他日后事业所了解的相一致。保卫浙赣走廊是他的一项额外的任务。他守城和镇压盗匪的措施，使他赢得当地人民的亲切怀念。在当代和地方文献中赞扬的词句并非总是为了敷衍塞责而写。1873年出版的《广信府志》中，没有一个文职或武职的官员受到类似的赞扬，尽管此书是在沈担任船政大臣时所编，而这时有人认为他已经偏离了传统儒家官员的正道。
就他的事业而言，1856年防卫广信是这一时期的最重要事件。即使没有曾国藩的支持，沈作为一个忠诚、勇敢、有奉献和自我牺牲精神的人，表现仍然十分突出。此类官方表扬，部分是为了宣传，引起其他人仿效——这是当时必须加以考虑的情况——对于沈葆桢，无疑地，当地百姓钦佩他，感谢他。据说，1859年他离任时，数千百姓和地方首领要求他留下。他去世（1879年）之后数月，广信7县的人们为他立祠作为纪念。
事实上，保卫广信使沈葆桢变成传奇人物，成为集中了一切儒家美德的典型，这些美德只有在最伟大的学者官员中才能找到。对此事加以插图的描述和演义流传广泛。至于比较稳当的记叙，一直到清朝灭亡后多年，在官方或私人的著述中还不断出现。这给了沈全国性的形象，从而帮助了他的仕途。他的行动由此所意味的美德，以及他和林则徐在道德上和实际上的联系，也使他得到庇护，使他日后免于受到许多保守派的攻击。
沈葆桢在这一时期的军事业绩也使他赢得了两位可贵的朋友。成功地防守广信之后，他和饶廷选成为结义弟兄；他和曾国藩的得力助手李元度之间紧密合作，建立友谊，互相敬重。其后两家联姻，沈的次子与李的三女结了婚。
由于沈葆桢的成就、遍及全国的名声以及他对广信地区情况的熟悉，从1860年至1861年，江西省内外的高级官员反复劝他放弃休闲，重新回到公务活动中。不久，1862年年初，他被曾国藩和其他人所说服，在相当意外的情况下被任命为江西巡抚。