他在美国订制的机器8月顺利运到上海，完好无缺。容闳也在9月回到上海。这批机器成为江南制造总局里最新式、最重要的母机，是中国工业化起步的重要标志。对容的工作，曾国藩大加赞扬，不久即保奏容闳为五品实官，被封为江苏省候补同知，在江苏省衙署任通事译员，官阶五品。在江苏省衙任通事译员期间，容闳结识了另一重要的洋务官员丁日昌，丁当时为苏淞太道。两年后，丁日昌升为江苏巡抚，这时他对容闳的思想、见识非常了解、佩服。丁与在中央掌大权的满族大臣文祥熟悉，所以鼓励容闳将自己的治国方略写个条陈，由他转给文祥。听到这个消息，容闳兴奋犹如电击，跳了起来。他立即提了四点建议：第一，组织轮船股份公司。不准外国人入股。第二，政府派优异青年到外国留学。第三，政府开采矿产以尽地利。第四，严厉禁止教会干涉人民词讼，以防外国干涉中国主权。这四条建议，容闳最看重的其实是第二条，即派青年学生到外国留学，但他知道实行这一条困难最大，一年前“同文馆”要学数理化引起的激烈争论、反对余波未息，派学生出洋更加难以想象，所以将其列为“第二”；并且，此条对留学的目的、人数、方法、管理、经费等一系列问题都详加论述，切实可行。然而，条陈交上，并无下文，容闳深感失望。
失望但不灰心，容闳只要见到丁日昌仍叮嘱他不要忘记自己的“留学教育计划”，恳请他向曾国藩提及此事，甚至请他直接向皇上奏请。丁日昌毕竟更了解官场成规，劝容闳不要操之过急，耐心等待。1870年“天津教案”发生，曾国藩、丁日昌受命处理此事，急调容闳到天津担任翻译。容闳认为这是与曾密切接触的良机，可乘机向他提出自己的主张，于是急忙赴津。天津教案处理基本结束时，容闳再次向丁日昌详述了自己的计划，要他向曾国藩进言。第二天，丁日昌就向曾国藩大力推荐容闳的留学计划，终于获得曾氏的首肯，表示愿向朝廷奏请。容闳得此喜讯已是深夜，已经上床，睡意顿消，他后来回忆当时的情景：“予闻此消息，乃喜而不寐，竟夜开眼如夜鹰，觉此身飘飘然如凌云步虚，忘其为偃卧床笫间。”[12]历尽艰辛、为之奋斗了十几年的理想终于快要实现，他确不能不如此兴奋；而且他坚信，如果他的教育计划能够实行，“借西方文明之学术以改良东方之文化，必可使此老大帝国，一变而为少年新中国”。[13]
曾国藩知道此事重大，自己一人的威望仍嫌不足，于是立即联合李鸿章等人联名上奏，1870年冬得到清廷批准；1871年8月、1872年2月，曾、李又联名上奏，一方面进一步强调派遣留学生的重要性，催促朝廷尽快施行，另一方面明确了幼童留学的规章和具体方法，由陈兰彬任出洋局委员，容闳为副委员。
但是，克服了“官方”的障碍后，留学却又面临着“民间”的阻力。按照规划，决定挑选一百二十名十二岁左右的学生，分四年派赴美国，每年三十名。但官方出钱派人到美国留学，竟然无人愿去！当时人们仍认为只有读“四书五经”、由科举当官才是“正途”，国内的新式学校本只能招收到没有地位、身份的穷人家子弟，出洋留学更被认为是有辱门楣之举，被所有人耻笑，略有钱财的家庭都不愿子弟出洋留学。所以，第一批留学生三十名在上海竟然招不满额。为宣传留学，容闳深入江苏乡间，又回到家乡，招收部分家乡子弟。他还不得不到香港，在英国人开的学校中招收留学生，好不容易才招满三十个名额。为了完成任务，清政府认为东南沿海一带向有出洋传统，所以把留学名额作为“任务”摊派给一些地方。地方官为了完成任务，只得到一些穷苦人家动员把小孩送出国留学。一位留美幼童后来回忆说：“当我是一个小孩子的时候，有一天，一位官员来到村里，拜访各住户，看那一家父母愿意把他们的儿子送到国外接受西方教育，由政府负责一切费用，有的人申请了，可是后来当地人散布流言，说西方野蛮人，会把他们的儿子活活地剥皮，再把狗皮接种到他们身上，当怪物展览赚钱，因此报名的人又撤消。”[14]为打消此种顾虑，容闳便以自己的留学经历现身说法，证明留学并不会被剥皮展览。
从詹天佑的出国留学经历，便可见开创留学事业的艰难。詹天佑也是广东香山人，与容闳同乡。官派留美幼童，詹天佑一家原来并不知道，一位在香港做事的姓谭的邻居归来，才将这一消息告诉詹天佑的父亲詹兴洪，并力劝他送詹天佑出洋。詹兴洪虽不富裕，但属小康之家，所以犹豫不决，还是希望詹天佑走科举之路，升官发财。但谭姓邻居因在香港多年，知道外洋的富裕，认为科举之路最多找到一个“铁饭碗”，而出洋留学则有可能得到一个“金饭碗”。当时给儿子找媳妇要花很多彩礼钱，詹兴洪很喜欢谭家的小女儿，早就想与谭家订“娃娃亲”；谭某也非常喜欢詹天佑，认为此儿聪明、人品好，此时对詹兴洪提出，如果送詹天佑出国，他就同意与詹家定亲。在这种情况下，经过谭某反复劝说，并可省一些彩礼钱，詹兴洪才同意把儿子天佑送到美国。
经过百般努力，好不容易才凑足了首批三十名官派赴美留学生，于1872年8月中旬从上海起航赴美，开启了中西文化交流史上新的一页。
各批幼童出国前都要到上海出洋预备学校进行初步培训，临行前先要到上海道台衙门向道台大人磕头称谢，因为从理论上说，道台就是他们的主试官。见过道台后的第二天，他们还要拜见美国驻上海总领事。没想到见美国驻上海总领事时，不仅无须磕头，反倒是总领事拿出茶点糖果招待他们，热情亲切。中、美两国官员的这种不同，给孩子们留下深刻印象；还未出国，就开始感到了中、美的文化差异。
到美国后，这些幼童在美国学校上学、住在美国人的家中，他们的行为举止自然开始变化。容闳积极支持他们参加各种体育活动，篮球、棒球、足球，支持他们参加各种社团活动。他们迅速融入美国社会，例如自行车刚在美国问世时，幼童们也感到好奇，试着骑，耶鲁大学第一个学会骑自行车的人就是中国留美幼童；其中一人还当过耶鲁大学划船队队长；许多人还学会了跳舞，由于他们彬彬有礼，许多美国女孩都喜欢和他们跳舞，不少美国男生都非常忌妒。在服装上，他们由于经常运动，开始讨厌中国的长袍马褂，而喜欢穿运动衣，最使幼童感到头痛的是头上的辫子。因此，有的幼童把辫子剪掉，见清政府的留学监督官员时再戴上假辫子，被清政府官员发现后非常愤怒。幼童们1876年参观了美国费城国际博览会，在参观博览会的第三天，美国总统格兰特还专门接见了留美幼童，他主动与幼童握手、照相、亲切交谈，鼓励他们用心学习。美国总统平易近人，与见中国官员要下跪磕头形成鲜明对照。幼童在美国一点点感受到近代文明的自由、平等、民主精神，这些都使他们对中国的专制制度产生反感。
对学生们的变化，容闳认为正常，但先后到美主管其事的陈兰彬、区谔良、吴子登等却认为是大逆不道，双方矛盾日深。容闳以为双方的不同通过彼此沟通、交流就可解决，完全没有想到中国官场政治文化中首先偷偷向上级打对方“小报告”的传统。陈、吴、区等不断向朝廷、李鸿章等暗中“汇报”容闳的“劣迹”。他们攻击容闳对学生失职纵容、任其放荡淫佚，并授学生以种种不应得之权利，这些学生被批评为好学美国人为运动游戏之事，读书少而游戏时多，鼓励学生参加社团活动竟被说是鼓励学生加入各种秘密社会，学生不遵孔孟之道，不愿行尊师跪礼，甚至有人信了基督教……总之，留学外洋是利少弊多，难得资力，“此等学生，若更令其久居美国，必致全失其爱国之心，他日纵能学成回国，非特无益于国家，亦且有害于社会；欲为中国国家谋幸福计，当从速解散留学事务所，撤回留美学生，能早一日施行，即国家早获一日之福”，等等。[15]支持留学事业的曾国藩已于几年前去世，国内顽固派官员本就坚决反对派留学生，此时借机全盘否定留学事业，有人上奏称留美幼童“毫无管束，遂致抛荒本业，纷纷入教”，甚至原来支持派留学生的恭亲王奕<；讠斤>；也态度生变。一时间朝野对留学事业的攻击、指责甚嚣尘上，沸沸扬扬。朝廷于是责令李鸿章等查明此事，对失职官员坚决调离，对留学生要严加管束，有不服从者“即行撤回”。李鸿章立即致信容闳，批评他严重失职，要他今后少管留学生事务，同时命令陈兰彬、吴子登等“设法整顿”留美幼童，但又要他们以大局为重，勿因个人积怨将事态扩大。
一直蒙在鼓里的容闳此时才知道陈、吴等人对他和留学生的诬告，愤怒异常，立即给李鸿章写信说明真相，但为时已晚，朝廷已深受陈兰彬等人的影响，认为留美幼童问题严重，容闳难辞其咎，而且陈兰彬等人继续连上奏章，罗织罪名，一再要求朝廷将留美学生完全撤回。得知清政府态度后，容闳又气又急，四处奔走，想方设法拜访、联络美国社会名流和政要，希望借助他们的力量劝说清政府改变态度，挽回事态。耶鲁大学校长朴德起草，一百多位大中小学校长、老师、幼童监护人联名给清政府主管留学事务的总理衙门写了一封长信，盛赞留美幼童近十年来的表现，说明他们品学兼优，可望成才，如果中途撤回，功亏一篑，前功尽弃，殊为可惜，对中国损失巨大。大文豪马克·吐温亲自找到曾经访问过中国、与李鸿章相识的前总统格兰特，请他帮忙。格兰特立即给李鸿章写信，希望中国政府允许这些学生在美完成学业后再回国，否则极为可惜。
但这些全无用处，当时国内朝野上下，无人知道、理解美国名牌大学校长的社会地位和意义，很可能还以为只是一个“洋私塾先生”呢。而李鸿章得到格兰特信后则举棋不定，提出留一半、撤一半的妥协办法，显示典型的“李氏处事风格”。但这时朝廷已决定将留美幼童全部撤回，1881年6月，总理衙门大臣奕<；讠斤>；上《奏请撤回留美肄业学生折》，援引陈兰彬的话指责留美幼童“腹少儒书，德性未坚，尚未究彼技能，先已沾其恶习”，不辨是非，“路歧丝染，未免见异思迁”，提出将留学生全部撤回。从1881年8月起，留美幼童分三批撤回，将近十年的留美学习，终于功亏一篑。[16]
与大清王朝撤回留学生形成鲜明对照，明治维新后的日本向国外派遣留学生的规模越来越大。1854年，闭关锁国的日本被美国军舰敲开了大门，一些藩国的首领认识到“开国进取”才是国家富强的根本之道，于是不顾幕府禁令偷偷派遣少数学生到欧美学习。但自明治维新以后，大量向国外派遣留学生成为国策，1869年派了五十人，1870年派了一百五十人，到了1873年，就有上千人在欧美留学。派出的留学生中还有五名女生，明治天皇还亲自接见九岁的津田梅子，慰勉她到国外好好学习；有一位在美国还是詹天佑的同班同学。很多留学生回国后，在日本的军事、教育、政治各方面的体制现代化变革中都起了重要作用。中、日两国留学事业的不同命运，也从一个侧面预示了中、日两国在近代的不同命运。
留美幼童提前撤回、容闳教育兴国计划中途夭折，是中国近代化的一次严重挫折，不过，其意义却不容低估。与日本明治时期留学生对本国的作用相比，他们对中国社会近代化所起的作用固然要晚得多、小得多，但这恰说明中国的“出洋留学”面临的反对、困难和障碍要比日本强得多、大得多，所以其“突破性”意义或许更大。从晚清直到民国后的一段时间，中国的近代化事业艰难行进，人数不多的留美幼童在这困难重重的转型中起了非同小可的作用。据不完全统计，其中有七人在中法、中日海战中牺牲，国务总理一人，外交部长二人，海军元帅二人及海军军官多人，铁路专家和管理者十四人（五人是铁路局长），矿冶专家九人，军医四人，电信专家和管理人员多人（三人担任电信局长），航运造船多人，包括曾任江南造船厂厂长的邝国光，创办清华大学的前身清华学校并担任第一任校长的唐国安和北洋大学校长蔡绍基，而教师、律师、医生、新闻媒体人员、商人、金融界人士等则更多。
容闳的以留学为核心内容的教育兴国计划虽然失败，但毕竟是中国教育走向近代的艰难一步，是中国教育制度近代化的先声。而且，更是后来越来越强劲的“教育救国”思潮的先导。今日提出的“科教兴国”，亦可溯源至此。
“西学东渐”是中国近代化的重要内容，首批派遣留学生毕竟在当时壁垒森严的“夷夏之大防”中打开一个缺口，越来越多的青年学生直接沐浴“欧风美雨”，开创了“西学东渐”的新阶段和中西文化交流史的新纪元。
五、参与维新
留美幼童功败垂成，对容闳的理想和抱负无疑是一个重大打击。屋漏偏遭连夜雨，此时他的妻子又患重病，虽然容闳长期悉心照料，美国妻子终在1886年初夏病逝，留下两个儿子。
