督办铁路张之洞在湖广总督任上，十分重视兴建铁路，他认为：“铁路为自强第一要端，铁路不成，他端更无论矣。 ”“西洋富强，尤根于此。 ”他所建议并监修的芦汉铁路，自光绪二十四年兴建，到光绪三十一年三月完成，命名为京汉铁路。光绪三十一年（1905年）6月，张之洞又奉旨督办粤汉铁路。粤汉铁路的筑路权早在1898年就被美国所控制。光绪二十四年（1898年），美国合兴公司同清廷签订《粤汉铁路借款草合同》，控制了粤汉铁路的筑路权。光绪二十六年（1900年）又订立续约，规定借款为4000万美元，由合兴公司在5年内筑成，不得转让他国。但3年过去，到光绪二十九年铁路尚未动工。光绪三十年，合兴公司又将股票的三分之二卖给比利时的万国东方公司。湖南、湖北、广东三省人民获悉这个消息，非常愤怒，要求废除原订合同，收回路权自办。此时，张之洞奉旨督办粤汉铁路，经过与美国公司一年多的交涉，光绪三十一年（1905年）7月，他以675万两的高价赎回路权。随后，张之洞以高股筹集不易为由，于宣统元年（1909年）4月与德、英、法三国签订《湖广铁路借款合同》，借款550万英镑筹建粤汉铁路。这激起更大规模的反抗浪潮。
在督鄂17年间，张之洞力主广开新学、改革军政、振兴实业，由此湖北人才鼎盛、财赋称饶，成为当时中国后期洋务新政的中心地区。 张之洞作为洋务派的代表人物，主张学习西方法律，提出“中学为体，西学为用”的主张。他与刘坤一合上《采用西法十一条折》的具体措施。但是学习和采用西法要有前提，即“中学为体”，中法的根本原则不能动；“西学为用”，西法的基本原则不能学。早在清末修律正式开始之前，张之洞就主张“择西学之可以补我阙者用之，西政之可以起吾疾者取之”，他认为这样做是“有其益而无其害”。光绪二十七年五月，他与两江总督刘坤一联名上了三道《江楚会奏变法折》，提出了“恤刑狱”、“结民心”、改良法制的建议，并同袁世凯一起保举沈家本、伍廷芳为修律大臣。
张之洞在1901年（光绪二十七年）所奏的《整顿中法十二条折》中关于刑法改革的九条意见中，便参考了西法，提出了“重众证”、“改罚锾”、“教工艺”、改良监狱等具体改进方法。张之洞还十分重视西律中的“公法学”，这是在办洋务过程中与西方各国打交道时经常遇到的课题。对此，他提出两条建议：第一，参酌中外法律，制定“通商律例”，作为处理在华外国人案件的法律根据；第二，培养熟悉中外法律的人才，以适应这种需要。后来，张之洞还主张聘请各国律师，博采各国矿务律、铁路律、商务律、刑律等，为中国编撰简明矿律、路律、商律、交涉刑律，说制定此四律是“兴利之先资”，“防害之要”。
