近代化是一项涉及方方面面的复杂系统工程，其中最关键的是人才。必须拥有一大批接受西学教育、具备科学知识的人才，然后才谈得上其他方面的推进与发展。张之洞认为，“中国不贫于财而贫于人才，不弱于兵而弱于志气”，“人才之贫由于见闻不广，学业不实”，有鉴于此，他大力改革传统教育，创立了全面、完整的近代教育体系：他兴办师范学堂，为各级学堂提供必要的师资力量，1907年达二十四所之多；他设立农务学堂，发展农业教育，为推动湖北的农业经济发挥积极作用，至1910年，湖北全省办有农业学堂四十八所；他兴办的其他学堂还有商务学堂、自强学堂、武备学堂、方言学堂（晚清时方言指外语）、算学学堂、工艺学堂、路矿学堂、军医学堂等；他极其重视留学教育，“师人之长，补己之短，用以开广见闻，增长学识”，在他的倡导下，20世纪初的湖北出现了一股留学热，清末湖北共派遣留日学生五千多人，位居全国各省之最……
在传统科举盛行了一千三百多年且依然存在的情况下（1905年方予废除），要想引导民众学习西方科学，建立新的国民教育体系，培养近代化的新型人才，其阻力之大，困难之多，举事之艰，可想而知。即使今日视之，张之洞大规模兴办各类新式学堂，也属一项具有远见卓识的“大工程”，算得上气势磅礴的“大手笔”。
张之洞大力发展近代教育，使得湖北民众的文化素质不断提高，封闭守旧的社会风气得以扭转，西方的自然科学与民主思想迅速传播开来，一大批科技、政治、外交等方面的新型人才脱颖而出。张之洞不仅打造了一个工业化的武汉，还在一定程度上塑造了一个影响至今的人文武汉——即以今日排名全国第三的武汉高校为例，便得益于张之洞当年创办各类新式学堂的筚路蓝缕之功。
张之洞编练新式军队，是其富国强兵的系列内容之一。他将编练陆军与开办军事学堂同步进行，所募士兵，要求“能识字写字，并能略通文理”，入伍后，将他们选派到陆军特别小学堂学习；而军官，则严格要求受过正规军事学校培训与教育。他改革旧式军队，编制训练仿效德国与日本。至1906年，张之洞练成新军第八镇（辖一个镇、一个混成旅），共有军官七百名，士兵一万零五百名，成为一支在数量上仅次于袁世凯北洋六镇的中国近代第二支精锐陆军。若论质量，湖北新军官兵的身体素质、文化素质、武器装备、军事素质，都堪称全国第一流。在晚清举办的几次全国性秋操中，湖北新军每每夺冠，被军机大臣铁良称为“陆军则湖北之常备军为最优”。湖北新军的编练模式作为成功样板推向全国，因此，清末各省凡有新军之地，就有湖北新军输送之军官。以致武昌首义爆发，这些有着革命思想的军官，很快就成为当地率军举事、响应起义的重要人物。辛亥革命能在全国范围内迅速夺取胜利，便在很大程度上得益于湖北新军输出的这批年轻的革命军官。
张之洞因筹办芦汉铁路前来武汉，后因形势变化，遇到了重重困难。于是，他大胆利用外资，决定借债修路。1906年4月1日，全长一千二百多公里，贯通北京到武汉的芦汉铁路（后改名为京汉铁路）终于建成通车。
此外，他还成立湖北电话公司，开启中国地方市内电话之先河；建设沪汉、京汉、粤汉、川汉、湘汉等五条电报干线，使武汉成为全国电报网络中心；支持创办水电厂，成立水电公司，经营电灯及自来水业务；在武汉三镇修筑十多条相当规范的近代马路；还奖掖商业，兴修水利，疏浚河道……
张之洞自命“楚人”，以湖北为第二故乡，也真的将自己的智慧、精力与才华献给了富有浪漫气息的楚山楚水。
1907年，张之洞奉调入京。临行前夕，他在文武百官的簇拥下登临黄鹤楼，但见鳞次栉比的高大厂房与喷烟吐雾的高耸烟囱历历在目，不禁想起当年入京会试，途经武汉第一次登临黄鹤楼时的情景。面对风光无限的美好山河，当时的他，曾脱口吟出一联道：“爽气西来，云雾扫开天地撼；大江东去，波涛洗尽古今愁。”令他颇感欣慰的是，年轻的激情与豪迈，挥洒在脚下这块土地，已结出超迈古人的神奇硕果。感慨万端之际，张之洞灵思泉涌，情不自禁地泼墨挥毫：“昔贤整顿乾坤，缔造先从江汉起；今日交通文轨，登临不觉亚欧遥。”
斯人已去，风范永存。湖北民众为感念张之洞督鄂功绩，集资雕刻张之洞石像，为他专建抱冰堂（张之洞号抱冰）、风度楼（后改名奥略楼），又修张公祠，再立张公亭，并将他主持修筑的后湖长堤名为“张公堤”，将抗战前夕武昌修筑的一条马路命为“张之洞路”，不少百姓家中还供奉着张之洞的牌位……
学习西方实行新政，牵一发而动全身，只要持久深入，就会从细节到局部乃至整体发生全面变化，从技艺器械到思想层面乃至整个社会制度的本质更新。
随着洋务运动的步步推进与深入，张之洞的思想也在因应着不断发生变化。特别是甲午一战，竟然败给大清王朝向来都不放在眼里的小小岛国日本，强烈刺激使得张之洞产生了变法自强的迫切愿望。这种顺乎时代潮流的积极变化，被维新派人士视为同道。事实上，张之洞不仅赞成维新主张，还用行动予以支持——康有为成立强学会时，他慷慨解囊，主动捐银五千两，并在某些方面共同合作。
不久，强学会操之过急的改革措施便与张之洞的稳健风格发生冲突，二者开始貌合神离。随着维新派的日趋激进，梁启超大力倡言民权，猛烈攻击清廷专制统治，对洋务活动也频频发难指责，张之洞气恼之余，不禁忧心忡忡。
就本质而言，张之洞是一传统守旧之人。迫于危难的情势，在有限的空间与范围之内，他也确曾不遗余力地施行改革，但其前提是不危及清朝的封建专制统治，不损毁中国传统道德与文化思想，正所谓“图自强，御外侮，挽权利，存中学”也。
维新派越走越远的行为主张，不仅与其初衷发生严重分歧，更让他坐立不安的是，当初的赞同与合作，极有可能危及自身，给他带来意想不到的灾难性后果。凭他的智慧才能，以及久经官场的老练与敏锐，他发现，当时最为关键的人物——慈禧太后，对维新派的主张与行动迟迟没有明确表态。面对慈禧太后的沉默，洞悉清廷底蕴，善于揣摩人心，“深知西太后好恶”的张之洞感到事情极为不妙，他似乎听到了阵阵咬牙切齿与磨刀霍霍的可怕声音，看到道道杀机与股股血光直逼而来。为保住自己的政治地位，张之洞不得不预作防范，赶紧抽身而退，与维新派划清界限，“旗帜鲜明、立场坚定”地站在慈禧一方。这不仅是张之洞的悲哀，晚清所有大臣，哪怕干臣、重臣曾国藩、李鸿章、左宗棠等人，也不得不“好其所好，恶其所恶”，听凭慈禧太后将他们玩弄于股掌之间，谁也奈何她不得。
1898年5月，张之洞不失时机地抛出洋洋洒洒四万多字的《劝学篇》，一面上呈光绪皇帝，一面在《湘学报》上连载，公开表达他与康有为、梁启超为首的维新派分道扬镳的鲜明态度。这既是一项自保之术，也是张之洞出乎本心的一种作为，并非人们认为的那样翻手为云，覆手为雨，全然出于谋略机诈、工于心计与首鼠两端。
《劝学篇》一出，立即得到慈禧太后、光绪皇帝的高度肯定与重视，“谕令各省广为刊布”。在清廷的大力推导下，《劝学篇》不胫而走，十日内三易其版，前后印行多达二百余万册，后又译成英文、法文在海外出版，一时间风行海内外，产生了极其广泛而深远的影响。
晚清风云激荡，社会剧变，人才辈出，但能够真正做到集文治武功与文章学术于一身的，唯有曾国藩与张之洞两人而已。张之洞的学术思想，主要体现在《輏轩语》、《书目答问》、《劝学篇》等书中。仅就思想理论而言，张之洞较之曾国藩，要显得更为独到，更加系统，特别是晚期的《劝学篇》，可视为他政治思想、经济军事、文化学术、教育外交等方面的思想理论之总结。对于这样一部产生过巨大影响的重量级作品，在此有必要稍加阐述与介绍。
张之洞贯穿《劝学篇》之始终的主要内容与核心思想，就是“中学为体，西学为用”。“中体西用”这一主张并非张之洞首倡，早期维新人士冯桂芬于三十多年前就提出“以中国之伦常名教为原本，辅以诸国富强之术”；他也不是最早的实践者，洋务派领袖李鸿章发展军事工业、民用工业，开创大规模学习西方之先声；然而，他却是“中体西用”的理论总结者与力行实践者。将理论与实践融为一体、集于一身，近代中国没有任何一人超乎张之洞之上。因此，后人只要提及“中体西用”论，自然而然地就想到了张之洞。
所谓的“中学为体，西学为用”，就是在新与旧、古与今、中与西、保守与激进之间，寻找一个相对平衡的支点。因此，“中体西用”一方面抨击守旧派抱残守缺，顽冥不化，不知变通；另一方面也指责维新派菲薄名教，一味求新求奇，不知固守之本。
在《劝学篇》中，张之洞的学习西方，与曾国藩、左宗棠、李鸿章等人相比，实有所推进与发展，除技艺、器物层面外，他主张采纳若干“西政”。但他提倡的“西政”，并非西方民主政治，而是与近代工业相关的社会设施。他在《劝学篇·外篇》中对西政、西艺作出明确界定道：“学校、地理、度支、赋税、武备、律例、劝工、通商，西政也。算、绘、矿、医、声、光、化、电，西艺也。”基于这种划分，张之洞的“变中国旧法，从西法也”之举措，也仅只停留在广派游历、练外国操、广军实、修农政、劝工艺、定矿律路律商律交涉刑律、用银元、行印花税、推行邮政、官收洋药、多译东西各国书等十一条。
哪怕这些经张之洞认可而亟须采用的“西法”，一旦施行开来，他也担心会影响到“上层建筑”的层面，有损孔孟之道。于是，他在《劝学篇》中再三强调，要“保国、保教、保种”。“保种”，即捍卫中华民族的尊严与独立，值得大力提倡；而所谓的“保国”，则是保大清，稳固满清王满的统治地位，不使之动摇崩溃；“保教”，更是维护儒家孔教的至尊地位，奉“三纲五常”为圣道，“三纲为中国神圣相传之至教，礼政之原本，人禽之大防”，极力排斥诸子百家，排斥西方民主自由思想。张之洞眼里的中学，只有儒家思想，并且局限于董仲舒以降的天道—三纲—君主制；而他理解的西学，仅包括他所理解的西政、西艺及西史（西方国家历史）三个部分。张之洞的“中体西用”论，其实质就是在封建专制皇权的框架与体制内，将儒家学说的一个支流视为中华文明全体，引用西方的物质器械、实用技术，作些修修补补的变革。
严复曾一针见血地批驳“中体西用”论将“体”与“用”割裂开来的荒谬性：“有牛之体，则有负重之用；有马之体，则有致远之用。未闻以牛为体，以马为用者……故中学有中学之体用，西学有西学之体用，分之则并立，合之则两亡。”而康梁新学一个重要的内容，就是突破“中体西用”的框架，援西学改造中学。梁启超在痛斥《劝学篇》时认为此书“不十年将化为灰烬，为尘埃。其灰其尘，偶因风扬起，闻者犹将掩鼻而过之”。而实际情形却并非如此，一百多年来，表面合理、实则荒谬的“中体西用”说一旦遇到相宜的时机，就会重新“浮出水面”，时至今日，仍有着一定的“市场”。
犹如一个裹着沉重头盔铠甲的羸弱病残之躯，竟误将盔甲视为万能之宝，以为可以抵挡刀箭枪炮的攻击，可以防止各种病菌的侵袭，可以战胜形形色色的敌人……殊不知，正是这身沉重的头盔与陈旧的铠甲，束缚了病体的痊愈，阻碍了前行的步伐。