同治元年（1862），因湘军钱粮紧缺，丁日昌奉曾国藩之命，前往广东督办厘金。丁日昌在抵达广州后，发挥自己通晓火器制造的专长，在广州市郊燕塘亲自设计、监制成功造得短炸炮36尊，炮弹2000余颗。这些武器受到广东清军的欢迎，丁日昌因此声名远播。1863年，丁日昌被李鸿章调赴上海，创设炸炮局，制造18磅、48磅等多种开花炮弹，同时也铸造少量短炸炮，供淮军攻击太平军之用。这些武器在进攻常州的战斗中发挥了相当的威力。
在这个过程中，丁日昌的思想发生了两个重要的变化。一是他认为太平军已不足为虑，真正对清朝构成威胁的是外国侵略者。1864年8月，他上书李鸿章，指出“现在中外交通，洋人乘我多事之秋，不时恫吓挟制，令人忧愤难忍，必须积极自强以图御侮”。他认为外国的长技在于船坚炮利，洋人恃此以挟制中国，我们也可以取其所长以对付洋人。丁日昌思想的另一个重要变化就是，他从自己的亲身体验中认识到，中国传统的生产工艺和手段无法适应近代枪炮制造的需要。旧式泥炉炼不出能够制造近代枪炮的钢铁，用泥模铸炮也很难使炮膛光滑匀称。因此，丁日昌产生了改革武器生产工艺和手段的强烈愿望。他在上海与外国人频繁接触，已对西方的机器工厂有所了解。王韬所著《火器说略》，更使他对近代枪炮的制造原理、生产工艺，特别是车床等生产工具有了更深的理解。他写信向李鸿章推荐王韬，同时建议设立“夹板火轮船厂”，用机器生产近代轮船和枪炮。
恰在这时，容闳提出了要在中国发展“制器之器”的主张。丁日昌立即深表赞同，他说，制造之理是一脉相通的，“一有制器之器，即可由一器而生众器，如父之生子，子之生孙”。
从手工生产进而追求机器生产，是一个重要的观念变革。这个观念变革对中国19世纪60年代洋务自强运动的兴起具有十分重要的意义。丁日昌以这种新的认识和观念为基础，在上海积极设法，主持收买了美国人设在虹口的旗记铁厂，合并了原来的炸炮局，后又接纳容闳从美国购回的机器，于1865年9月正式成立了江南制造局。江南制造局是清政府设立的第一家近代军工企业，它标志着中国近代军事工业的产生。
1864年6月，在李鸿章的荐举下，清廷任命丁日昌担任苏松太道，也就是苏州、松江、太湖一带的行政长官。7月，丁日昌正式上任治事。此时，太平天国的首都天京虽被攻陷，但清朝的封建统治秩序仍不稳定，上海等地中外交涉事务日趋频繁，紧接而来的有关湘军裁减问题更是显得异常棘手，所以丁日昌在苏松太道一职上的工作，远较一般巡道、守道要艰巨得多。从而，曾国藩在对丁日昌予以祝贺的同时，希望他勇当重任，尤其是在裁减湘军方面竭尽全力。
丁日昌不愧为理财能手，在曾国藩为裁减湘军伤透脑筋之际，他利用各种关系源源不断地解济曾国藩，为其顺利地解决好湘军善后事宜起了十分重要的作用。与此同时，丁日昌竭尽全力协助李鸿章妥善处理有关常胜军遣散的善后工作。
如前所述，丁日昌在对待洋人的常胜军问题上，态度鲜明，坚决支持李鸿章对其控制并最终予以遣散的主张。1864年5月，在对常胜军施行遣散计划时，因巴夏礼和外国侨民的强烈要求，李鸿章曾作出让步，先酌留炮队600名，委派副将罗荣光管带，留用外国军官11名帮同教练；留存枪队300名，由副将李恒嵩管带，留用外国军官1名任教练。此外，巴夏礼还提出增拨营伍的要求，由外国人充当教练以补常胜军之缺。对此，李鸿章采取了拖延应付的办法，即在同意外人教练的同时尽力避免英国人来干预。然而，是年10月，受李鸿章委托担任常胜军教练的戈登即将返国，巴夏礼于是向李鸿章提出派英籍军官哲贝任凤凰山营伍总教习，增募3000人保卫上海等处的强硬要求。丁日昌想方设法断绝了英国在中国土地上继续控制武装的企图。
丁日昌在任苏松太道一年多时间里，其精力主要投入到了对内政事务的整理之上，总体说来表现在如下几个方面。
其一，认真审理讼案。尽管丁日昌担任巡道一职并非直接亲民之官，但他充分利用自己对刑名钱谷的按核之权，首先在清理所积讼案上花了很大气力，以求通过对讼案的秉公处断而使民心吏治有所改观。
其二，为恢复上海地方封建统治秩序作了最大的努力。尽管上海不是太平军长期经营的根据地，但在清咸丰同治年间，是各地难民汇聚的处所。同时因它是对外开放的前沿阵地，华洋混处，情形十分复杂。不仅流氓地痞势力很活跃，而且因太平天国失败后湘军被裁，许多散兵游勇和游手好闲的人也来到此地，造成上海的社会秩序的极不稳定。丁日昌自接任苏松太道一职后，对这个问题给予了高度重视，采取了非常严厉的措施，先后捕杀和重惩“不法之徒”达100多人，遣送回籍者8000余人。
其三，为转移人心风俗竭尽全力。由于上海为近代中国最早对外开放的口岸之一，在西方人的生活方式、价值观念等影响之下，传统的人心风俗逐渐发生着变化。为了维护传统的人心风俗，丁日昌禁止官民奢华，提倡“省日用以恤贫苦，亲邻人而怀其惠，循本分而召和平”的社会风气。中国的士大夫都有匡正世风的使命感，他的做法也许过于行政化，但其出发点是好的。
1865年11月，丁日昌调任两淮盐运使。
两淮地区历来为中国最重要的产盐、销盐区域。晚清时期，由于战事频繁，清政府的财政已到了崩溃的边缘，对盐税的依赖日益加重。统率数十万大军镇压太平军、捻军的曾国藩和李鸿章等人，更是依赖两淮盐税对军队的支撑。所以，于“剿捻”军事正进行到关键时刻担任两淮盐运使的丁日昌，不仅要按期上缴国家税款，而且要尽力资助湘、淮军的军饷，可见其责任十分重大。
丁日昌在曾国藩和李鸿章的多方支持、鼓励下，对有关两淮盐务的具体内容，尤其是对于经营盐务的用人规章进行了卓有成效的整顿。他在《两淮甄别章程》中提出了五条办法：一是甄别以一年为期限，分四次考试，每三个月进行一次。重点考试在两淮盐运司署中听差的人员，兼及考试在外卡和海州、通州、泰州等地的人员。二是将考试成绩列为超等、特等、一等及不合格者几个等级。对于超等之人，“察其品行才具，果堪造就，先予酌委；”对于不合格者，三个月后第二次开考再试，如仍不合格，且在第四次考试中不合格者，则不予差委“三是每次试题”不拘于成格“可以灵活多样，”准其各抒所长而有利于发现和培养人才。四是对凡被录取的人员，均按等级增加薪水以示优待。五是对那些在规定应试期三个月之内不到的人员，即行撤除差委。什么事都要由人去干，丁日昌在对两淮盐务的整顿过程中由于首先抓住了用人这一关键性问题，所以盐务大有起色，淮盐销路大增，盐税随之倍加。
1866年2月，清廷根据曾国藩、李鸿章的推举和丁日昌本人的表现，谕令其升任江苏藩司，专管一省的财赋、地方官考绩等事。
丁日昌在江苏藩司任上为了吏治的澄清和财政税收的复苏作出过很多艰苦的努力，先后颁发了有关讼案清结、禁止书吏丁役中饱私囊、考核官吏、减免捐税以及转移人心风俗方面的许多文告、章程等，取得较为显著的成绩，受到曾国藩的肯定和称赞。
1868年年初，丁日昌升任江苏巡抚。