在李鸿章的手下工作是盛宣怀一生中最重要的转折点，是识才和惜才的李鸿章把盛宣怀推上了历史舞台。促成这一转折的机缘，根本是李鸿章与盛宣怀的父亲盛康的交谊，当然，也得力于推荐者曾是协助李鸿章办团练对抗太平军的旧部。
盛宣怀和李鸿章之间一开始就包含了种种复杂的联系，这种联系既是情感上的，也是权力上的。作为千万个希图在大清的官宦序列中谋求一席之地的读书人之一，盛宣怀深深知道，这种情感和权力相交织的关联是帝国官僚体系的老传统。他并非出身科举“正途”，使他加倍珍惜追随李鸿章的机会。终其一生，他都对李鸿章保持着紧密的权力和情感联系。
史学家陈寅恪的父亲陈三立为盛宣怀所作墓志铭中说，盛宣怀“最受知李文忠公（李鸿章）”，原因是，“时文忠为直隶总督，务输海国新法，图富强，尤重外交、兵备。公则议辅以路、矿、电线、航海诸大端为立国之要，与文忠意合”，认为是挽救帝国危亡的洋务事业将二人的命运联系在一起。
1870年，盛宣怀开始在陕西协助时任湖广总督的李鸿章“防剿”回民起义，实际担任李鸿章的秘书。他十分勤勉，据说“盛夏炎暑，日驰骋数十百里”而不畏劳苦，当然，其才能也开始崭露头角，据说草拟文稿有“万言立就”的功夫。不久，天津教案发生，列强陈兵海上威胁清廷，李鸿章及其所部淮军从西北调往直隶拱卫海疆。盛宣怀亦步亦趋，随李鸿章赴天津。熟知军务的他很快被李鸿章任命为会办陕甘后路粮台，又在淮军后路营务处工作，往来天津、上海等地采办军需。
在李鸿章控制的庞大事业中，盛宣怀参与最多的是筹办洋务企业和外交事务。1874年，盛宣怀在李鸿章指示下参与买回吴淞铁路的谈判。英国人修建一条自上海到吴淞的全长14．5公里的窄轨轻便铁路，这是中国第一条商用铁路，但英人不告而修引起清政府的不满，进而与英国展开外交干涉，最后由盛宣怀等人出面办理，以28．5万两白银将这条铁路赎回拆毁。
这种行径在现在看来十分古怪，盛宣怀也觉得十分可惜。这一外交交涉的结果无疑显示清政府当局的颟顸，其过程却颇能显示盛宣怀的才干。李鸿章由此给他“心地忠实，才识宏通，于中外交涉机宜能见其大”的评价。从此，但凡李鸿章办理外交，盛宣怀多随侍在侧。1884年中法两国爆发战争，李鸿章上奏要求派盛宣怀署理天津海关道。天津海关是李鸿章办洋务的主要参谋力量集中之地。在为盛宣怀的任命制造舆论时，李鸿章颇多“精明稳练”、“智虑周详”、“洞悉症结”和“刚柔得中”等赞美之词，且认为盛宣怀并非只通洋务，对吏治也有才干和经验，是皇朝首都门户所在的天津海关道的不二人选。
盛宣怀在帝国官僚体系中的上升势头不可谓不快。1879年署天津河间兵备道，1884年署天津海关道，1886年任山东登莱青兵备道兼烟台东海关监督，1892年调任天津海关道兼海关监督。1896年后更是扶摇直上，历任太常寺少卿、大理寺少卿、办理商务税事大臣、工部左侍郎、邮传部右侍郎、邮传部尚书等职。外事与洋务既是盛宣怀的晋身之阶，又是李鸿章在19世纪末权倾朝野的基石。
19世纪70年代，盛宣怀在湖北主办煤铁矿，李鸿章寄望甚殷，一方面要求他徐缓图进，不要贪功躁动。另一方面，当盛宣怀发生动摇时，李鸿章立刻给盛宣怀写信，点破事情的利害，湖北煤铁矿的成败利钝关系到洋务大局；在举世瞩目的情形下，如果兴办不力，势必为对洋务心怀不满的官僚所笑话，并使洋务派大吏们在政治上陷于被动；李鸿章警告盛宣怀，湖北矿务是他北上为官的“立足之地”，不可不竭尽心力。
李鸿章既了解盛宣怀的才能，更希望他能在巩固洋务派势力的过程中有所作为。1884年，盛宣怀主掌轮船招商总局，李鸿章曾去信说，希望他将这个洋务标本“做成铁板模样”，使“来者确不可移”。
在信中，李鸿章说道，“至于寂寞身后之名，不知谁何之誉，一笑置之可耳”。这关于身后毁誉的猜测，是文人出身和自负道统的帝国官僚笔底常常可以看见的文句。但多年以后看来，显然并非仅是李鸿章自我牺牲和自我陶醉的悲情意识的发酵，亦是互为知交的盟友之间的秘密谈话。
盛宣怀毕生感念李鸿章的发现和提携之功，他在给李鸿章的信中剖白自己说，“竭我生之精力，必当助我中堂办成铁矿、银行、邮政、织布数事”；然而，对未来历史的评价，盛宣怀似乎比李鸿章要乐观，他谦恭地说，未来的历史如果能将他的名字附列在李鸿章的后面，得以传世，自己就足慰平生了。也许是怕留名史册的愿望过于操切，他笔头一掉，自嘲说，“中堂得无笑我言大而夸乎？职道每念督抚姓名得传后世者几人哉？遑论其下”。
