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1879年（清光绪五年），被李鸿章调北洋海防差用。也属洋务运动代表人之一。
1881年1月，率北洋水师官兵200余人赴英国，接带清政府在英订购的“超勇”和“扬威”巡洋舰回国。
1888年，北洋海军正式成军，出任北洋海军提督。在任职期间对北洋海军和北洋海防的建设呕心沥血，严于律己，但整肃军纪不够严厉，贪腐严重，并且其严重依赖李
鸿章，对李鸿章言听计随，北洋海军在其领导下，俨然为李氏家军。 《坂上之云》的丁汝昌
1891年，率舰队访问日本。鉴于日本海军的发展，回国后曾陈请清政府再购新舰，增强北洋海军实力,以防外患，未被采纳。