1867年曾国藩到上海视察，容闳提出在江南制造总局旁设立兵工学校的建议，以培养中国自己的机械工程师。此议立即得到曾国藩的赞许，不久，学校成立，第二年，又设立了翻译馆。容闳因创办江南制造总局有功而升为五品，以候补同知之资格在江苏省巡抚署为译员，与上海道台丁日昌结为知己朋友，后来还随丁日昌去扬州生活了半年。1878年，容闳捐款13133元英洋，购买了一批美国制造的枪炮弹药。容闳还支持并协助郑观应创办了中国第一家棉纺工厂——上海机器织布局。
在上海期间，容闳还参与了一些文化活动，通过翻译西方著述和办报纸，来开展资产阶级启蒙文化活动。他利用余暇时间翻译了帕森（Parson）的《契约论》和一本英国法律，还翻译了科耳顿（Cotton）的《地理学》。他认为这些知识对中国人民是迫切需要的。
1874年6月16日，容闳协助上海知县叶廷眷、怡和洋行买办唐廷枢等创办了《汇报》（英文名为《News Collector》）。容闳等请英人葛理（Grey）担任名义的总主笔，实际则由他和所聘的黄子韩、贾季良、管才叔和朱莲生等负责，容闳不仅“倡立馆规”，而且还亲自承办机器。《汇报》是近代中国人自己创办的第一份报纸。9月，《汇报》易名为《匯报》，稍后又更名为《益报》，不久即告停刊。《汇报》存在的时间虽不久，但它作为近代汉语报刊之一种，仍具有重要历史意义。
在西方列强侵华、民族矛盾日益尖锐的时刻，容闳主办的《汇报》站在中国人民一边，旗帜鲜明地谴责侵略者的行为。该报指出：“本局为中华日报，自宜求有益于华之事而言之，故于有裨于中国者，无不直陈，而不必为西人讳。”当英国人欲侵犯中国主权、擅自在上海修建吴淞铁路时，《汇报》又明确表示反对，并与英国在上海的舆论喉舌《字林西报》和《申报》展开针锋相对的斗争。《汇报》还极力鼓吹向西方文化学习，以求尽快改变中国的落后面貌。后由于财力不济和销路不畅，在出版了一年半后，于1875年12月4日停刊。
19世纪60年代，容闳在沪的一个重要活动是发起出洋留学运动。经过长期的西方近代教育的熏陶，他的一个夙愿是教育救国。他认为以美国人蒲安臣为中国的首席代表与外国签约是中国的耻辱，中国应该培养自己的外交家。在当时的形势之下，中国要摆脱列强的欺压，发展国力，唯有培养大批近代化和改革的人才，教育救国，“舍此计划，实无救亡之良策”。这一计划酝酿已久，早在美国留学期间，容闳“已预计将来应行之事，规划大略于胸中”。他向太平天国提出的7条建议中，有4条涉及教育。
1868年他即向升任江苏巡抚的丁日昌提出留学的计划，得到了丁的“大赞许”，容闳立即向清政府提出“条陈四则”。这四则中，一、三、四则不过是陪衬，“眼光所注而望其必成者，自在第二条”。这就是容闳的留学计划：“政府宜选派颖秀青年，送之出洋留学，以为国家储蓄人材。派遣之法，初次可先定一百二十名学额以试行之。”此外，他还对留学生的要求、管理、教育、经费等等都作了周密的可行性设计。他提倡教学民主，独立思考，“籍西方文明之学术”，达到“维新中国之目的”。他把这一计划的实施看作是“中国二千年历史中，特开新纪元”。
很可惜，容闳的留学计划又被搁置了3年，1870年天津教案发生，容闳随曾国藩、丁日昌去北方处理善后，遂又向曾国藩进言，得到了他的同意，曾与李鸿章等人的鼎力协助，清政府同意拨120万两银子，以20年为期，选派幼童出国留学。1871年9月3日，容闳代曾国藩起草了著名的《挑选幼童赴泰西肄业章程》，对选派幼童出国留学的条件、出国后的待遇、守则等作了规定。接着，清政府按照容闳的设想，首先在沪设立预备学校——幼童出洋肄业局。1871年夏，容闳在上海开始招生，学生学习中、英文，每半年考试一次，合格者送往美国。
1872年8月11日，第一批学生詹天佑等30人前往美国留学。前后有共4批120名官费学生留美。为安排留学生，容闳先到美国筹划建立中国留学事务所，容闳以三品衔出任正监督。但由于受到保守势力的疯狂攻击，这些学生终于在1881年被全部撤回，容闳的教育救国理想再度破灭。尽管如此，容闳以他的爱国热情和百折不挠的努力，开拓了中国大规模留学以向西方学习的事业。
教育救国理想的破灭，给容闳以很大的刺激。他说：“1880年至1886年，为余生最不幸时期。”1882年容闳曾回到上海居住，4个月后因夫人在美国重病而再度赴美。但甲午战起后，容闳意识到“中国根本上之改革”，已是“不容稍缓之事”。遂又从沮丧中振作起来，于1895年初夏回到上海，即向两江总督张之洞提出了改革行政的方案，然而张之洞却以为这些“新政策”过于激进，而不予采纳，只是给容闳一个“江南交涉委员”的虚衔。
不久，张之洞返任湖广总督，刘坤一继任两江总督，刘氏更无心维新。容闳又辞职了，理由是每月只领饷，而无一事可为。接着他来到上海开办事务所，以自谋生路，并立誓不再担任清政府的任何官职。
甲午战后的中国，民族危机日益加深，知识分子汇集、新思潮激荡的上海，也在酝酿爱国维新运动。1896年，容闳先后结识了梁启超和康有为，梁启超等对这位前辈十分敬重，称他“学问最优”。容闳对同年在上海问世的中国资产阶级的重要报刊《强学报》、《时务报》也表示赞许。
在康、梁的支持下，容闳向政府建议创办国家银行、铁路公司等，他写成《请创办银行章程》，计总行章程12条，分行章程24条。他提出：“先设总银行于京都，续设分银行于各省城及通商口岸。总银行资本以一千万元为额，统由户部筹拨，钦派大臣督办，并专派大员总办；分银行即由督办、总办陆续招商集股，择地开设”，并铸造硬币，印发纸币。接着他又写成《续拟银行章程》，在薪水、房屋、事权等方面作了认真的可行性研究。此事获得总理衙门的同意而开始操办，但旋因盛宣怀的破坏而夭折。
1897年秋，容闳又满怀激情地完成了《铁路条陈》，提出大力修建铁路，具体计划是借助美国“商人之财力而权自我操”，“变通办理，纠合公司，订定章程，所有畿东、滇南、川广、芦汉、苏杭、淞沪等处，同时并筑，并建双轨。阔以四尺八寸半为度。如有华商愿出资本，并归公司合办。边境之瘠，内地之肥，获利多寡，通盘合作，不出五年，一律筑成”。“查铁路初兴，需才甚众，不得不聘用洋人。惟将来路须归官，生手如何接办，必须预先造就。应由公司于通商大埠，另设铁路学堂，专选聪颖子弟，教以筑路行车，并熔炼钢铁等法，日后人才辈出，即可自行管理”。其方法是比较可行的。
但这一主张因德国的反对而再遭否定，容闳认为失败的主因是“中国行政部门的彻头彻尾的腐败。上至慈禧太后，下至一般最小的官吏，整个帝国的政治组织都充斥着贪污受贿”。此后的容闳便积极投身于变法维新的事业。
戊戌维新之时，容闳前往北京，他认为光绪皇帝“聪明睿智，洞悉治理，实为中国自古迄今未有之贤王”。因此，他积极参与了变法的实践，与翁同龢、张荫桓及康、梁等来往密切。光绪皇帝所颁布的维新法令中，不少是出自容闳策划和他的手笔。容闳的金顶庙住所“一时几变为维新党领袖之会议场。”
戊戌政变后，京城笼罩着白色恐怖，容闳因有美国国籍仍继续活动。容闳曾请李提摩太设法营救梁启超。后体仁阁大学士徐桐上折参劾维新领袖，控告容闳“行动诡密”。于是，容闳也不得不退至上海，托庇于租界，利用这个特殊地域以作基地。
维新事业的失败，使容闳沉浸在一种痛苦之中，但不久他的思想又有了新的飞跃。他逐渐认识到要改变中国落后的现状，就必须推翻清政府的统治，在古稀之年，他又从维新派的左翼上升为革命派。1899年他到香港逗留，其堂弟、留美幼童之一的容星桥（又名容耀恒）是兴中会会员，并且也在香港活动。于是容闳通过他结识了一批主张反清革命的兴中会员，并且与孙中山相识，孙中山对容闳这位留洋前辈十分尊重与敬慕，希望推举他出来担任各进步团体的领袖。孙中山说：“在中国政治改革派的力量中，尽管分成多派，但我相信今天由于历史的进展和一些感情因素，照理不致争执不休，而可设法将各派，较好地联成一体。作为众望所归的领袖，当推容闳。”
容闳于1900年春回到上海。时唐才常领导部分兴中会成员在沪成立正气会——自立会系统，这一系统成为上海改革力量的中坚，容闳作为“孙中山之代表”与之会谈，唐才常等遂决定“一面接受康、梁领导，一面又遥戴中山先生”，并决定建立国会，以“号召国人奋起自救以救中国”。容闳与唐才常、严复、马相伯多方交谈磋商。
经过短期的接洽，1900年6月27日至7月25日，容闳与唐才常召集一批激进的仁人志士在张园集会，有严复、章太炎、沈荩、马相伯、龙泽厚、林锡圭、叶瀚等人出席，讨论中国之前途，容闳被推选为临时议长，并明确准备正式以中国议会之名义活动。7月26日（农历七月初一），容闳等80余人在愚园南新厅集会，会议由叶瀚主持，到会人投票选举议长，容闳以42票当选为议长，并定名为中国议会，国会议员有唐才常、章太炎、文廷式、吴葆初、叶浩吾、宗恕、张通典、沈荩、马相伯、龙泽厚、毕永年、林圭、狄葆贤等。时“容公向大众宣讲宗旨”，宣布不承认“通匪矫诏”之清政府，力争“保全中国自主”、“联外交”、“平内乱”等，“声如洪钟，在会人意气奋发，鼓掌雷动”。这是一次具有资产阶级民主色彩的投票选举。因其首次会议在张园举行，故又称作“张园国会”。
7月29日（农历七月初四），容闳又主持了中国议会在愚园的集会，计有60多人出席，容闳任命唐才常为会计，叶瀚等负责书记，郑观应、唐才常、汪康年等为干事。当时容闳与唐才常等商议，如果举事成功，即以中国议会作为将来组织政府之基础。
唐才常当时就说：“上海国会或议会设立之意图，欲俟起事成功，即暂以此会为议政之基础。自立会同人，除争取民主权利与政治革新而外，制度如何树立，政府如何组织，均待选举程式确定，正式议会成立，合全国人民，五族共议，协商处理，期于至善。”
容闳还为自立会起草了英文对外宣言，据与会的唐才质回忆，宣言首先否认清廷具有统治中国的权利，“次言将欲更始，以谋人民之乐利，以伸张乐利于全世界，端在树立二十世纪最文明之政治模范，以立宪自由之政治权与之人民。”史学家周锡瑞在英国档案馆中找到了这份宣言，“‘它的基本纲领是英国政府的不成文宪法里的大宪章’，……议会决定：对现时复杂问题的最简单的解决方法，是联合列强、废黜慈禧太后及其老朽顽固派和反对派同僚，恢复维新改良代表人物光绪皇帝的权力。”中国国会推容闳负责外交事务，容闳也曾设法争取英国对他们活动的支持，并游说张之洞“联合长江各省”，“成立中国独立政府”，但并无实效。
中国国会成立后，在上海设立总部，在汉口设立分部。各地的自立军自然由中国国会领导，称“中国国会自立军”，并拟分7路大军举行起义。8月21日，唐才常发动汉口起义失败，中国议会的315名成员被通缉追捕。
面对残酷的现实，容闳深感悲痛，他彻底地放弃了走上层路线维新的幻想，而开始主张反清暴力革命，并以他的不断进步和百折不挠的精神而享有崇高的威望。1900年革命党人谢瓒泰曾向孙中山建议：以容闳为“统一维新党的总统”。接着革命党人洪全福、李纪堂等准备在广东举行反清起义，拟推容闳为未来共和国之大总统。容闳因参与反清活动而被清廷定为“谋乱之头目”，应予以“就地正法。”于是，人们劝容闳上海租界亦非乐土，1900年9月1日，容闳化名“泰西”被迫离开上海，在驶往日本的轮船上，容闳巧遇孙中山，经过推心置腹的交谈，容闳认为孙中山“其人宽广诚明，有大志”，便以“华盛顿、弗兰克林之心志”勉励之。在日本横滨，容闳与孙中山等曾彻夜密谈。容闳自己也更加支持革命事业。此后容闳在香港作短暂生活后去美国定居，再也未能回上海。
容闳的一生顺乎历史潮流而不断进步，为祖国、为民族之振兴而不息奋斗，贡献心智，尤其对中国近代化与开放观念之进步，贡献实多，其在中国近代史上的重要地位，应予以充分肯定。他是中国近代先进知识分子的一个缩影。为了纪念这位教育救国的思想家和实践者、中国近代先进知识分子的杰出代表在上海的卓越活动，上海交通大学在1933年建立容闳堂，这幢大楼至今仍矗立在交大校园里。
