大办学校 力推新政
办洋务，最直接的方式是办工厂，但是最根本的问题是培养洋务人才。张之洞在山西萌生办洋务的想法时，就意识到洋务人才对于洋务的重要性。虽然可以引进外国的技术人员，但是，多数洋人都是抱着赚钱的目的来到中国的，聘请的这些洋技师往往不可靠，不能一心为中国效力。要解决这个问题，最好的方法就是培养自己的洋务人才。所以，到了广东之后，张之洞就开始尝试办新式学堂，培养洋务人才。
不过，教育是一个长期的过程，没有时间的积累是难以培养出可用的人才的，张之洞在广东的时间只有五年，人才培养还难见到成效。到湖北以后，张之洞办的洋务规模越来越大，技术难度越来越高，需要的人才也越来越多，越来越专业，因而办学堂培养人才也就越来越紧迫。于是，围绕在武汉的洋务事业，张之洞开办了一系列的近代学校，这些学校在为张之洞的洋务事业培养技术人才的同时，也在客观上培养了一批敢于对封建统治说“不”的新人。从张之洞的学堂里走出的这些人，不论是对武汉的进步还是对中国的发展，都起到了重要作用。
虽然中日甲午战争的失败宣告洋务运动破产，但是，张之洞并没有放弃洋务，他依然坚信办实业可以救国。尤其是1900年八国联军侵华后，清政府又颁布诏令实施新政，更进一步推动了张之洞的事业。
书院是唐宋至明清出现的一种独立的教育机构，是私人或官府所设的聚徒讲授、研究学问的场所。早期的书院多由私人创办，他们自己筹集经费，自己决定授课内容。教学采取自学、共同讲习和教师指导相结合的形式进行，以自学为主。它的特点就是注重教育、培养人的学问和德行，而不是以应试获取功名为目的。明清以后，书院的性质开始发生变化，书院的自由思想威胁到了封建集权统治，尤其是明末清初，书院成为重点打击对象。清朝雍正皇帝以后，书院得到了恢复，但是，所有的书院，无论官办还是私立，都要接受政府的监督，再也没有早期的自由风气，绝大多数书院成为以考课为中心的科举预备学校。
1889年底，张之洞来到了武汉。在忙于洋务之际，他心里还牵挂着他的一个“老朋友”——经心书院。1869年，张之洞到湖北担任学政一职，当时，他见到武汉原有的江汉书院规模太小，难以满足当地学子的需要，于是就向当时的湖广总督李鸿章申请为湖北的学子新建一个书院。李鸿章也想着为湖北的学子做些事，就同意了新建书院的请求。最终，湖北省官方出资两万两银子，张之洞又拿出自己的一万两银子，建成了这么一个书院。新建成的书院被命名为“经心书院”。
这个书院建成之后，不论是场地还是人员，都有了明显的改善。当然，这个书院也是为科举考试做准备的，教授解经、史论、辞赋。后来，从这里走出了一批人才，其中不乏后来成为高官和学者的。当贺人驹、陈作辅、傅廷浩、范昌埭4名经心书院的高材生病故后，张之洞亲自作诗哭悼，称《四生哀》，足见其重视人才。
张之洞离开湖北学政一职后，经心书院又经过多次扩建，规模宏大。张之洞到湖北后，出于洋务的需要，开始对书院进行改造。
书院的负责人原本称为“山长”，这一称谓五代十国时期就已经存在。后来乾隆皇帝在位时把“山长”改为了“院长”，不过，乾隆之后依旧称“山长”，一直到清末。张之洞对经心书院的改革首先就是把“山长”改为“监督”。在改变名称的同时，也明确了书院的管理体系。在监督之下，张之洞又设置“提调”一职，负责管理学生以及书院中的一切事物。同时，张之洞还给书院设置了三名监院，负责督促学生守规则、讲卫生，还要记录学生请假及旷课的情况，俨然就是今天的班主任或者辅导员。当然，除了管理人员之外，张之洞还给各个学科配备了教师，指导学生的学业。
在学生数量方面，经心书院招生的最高额度是80人，这80人都是秀才、廪生里的佼佼者，优中选优。凡是能进到这个书院的学生，都能享受很好的待遇。书院会给每个学生分配一间标准宿舍，同时，还会给每个学生发放生活费，学生在学校穿的服装也是书院统一提供，就连学习用品也是书院按需分配。书院每个月还会组织一次考试，根据考试结果给学生发奖金，最好的每次可以奖励8个银元，最次也能得到4个银元。学生们能够享受到这么好的待遇，而他们的任务就只有一个，那就是学习，然后争取像张之洞那样金榜题名并进入官场。
在课程设置上，书院早期主要是教授学生中国传统学问。甲午战争失败后，张之洞深刻意识到变革的重要性，他认为想要自强，就必须做出变革。于是，在1897年，张之洞对书院的教学内容进行了改革。一方面，他加强了科学知识的教育；另一方面，他删减了一些传统科目。张之洞要求，经心书院要设立外政、天文、格致、制造4门学科，重点学习国外的政治、天文、传统儒学以及制造。各个学科都要配备教员，学员必须同时掌握这些科目。学员在学习这些科目的同时，必须学习数学。教员里一定要有精通外语的，非外语专业的学生如果想学外语应该准许他们去学。作为一个虔诚的儒家信徒，在教授西学的同时，张之洞也强调传统儒家教育，他还设置人员专门给学生讲授四书义理、中国政治。为了能够确保培养出青年才俊，张之洞要求入学的学生年龄不超过25岁。
为了配合书院设置的天文学课程，张之洞还特意给书院设置了一个天文台，方便学生观测天文。此外，张之洞还派人购进了一批新的科学书籍，给书院的师生阅读，以此开阔他们的眼界。书院授课时施行班级教学统一授课，这与传统书院自行学习的做法有很大不同。为了做到劳逸结合，张之洞还给学生们安排了假期，规定每上10天课可以休息一天，与今天上5天休息2天相比，那个时候的学生确实要辛苦很多。对于旷课行为，张之洞严厉打击。经过张之洞的一番改革，经心书院逐渐由一个传统的教育机构，发展成为一个新式学堂。也正是在张之洞的严格督促下，书院的学生才能够在学问上取得很大进步。
张之洞在改革经心书院的同时，又着手创建了一个两湖书院。当地商人对于办书院是很支持的，他们不仅为张之洞捐赠了地皮，就连书院的经费都是当地商人赞助的。这个书院的规模非常大，包括今天的武汉音乐学院、实验小学、45中和原医大“附一”的住院部所在地，这样的规模即便在今天也令人震惊。
当时，两湖书院里有一个大讲堂（相当于主教学楼），堂前有两个书库（相当于图书馆），中间是用于祭祀湖南、湖北两省先贤的楚学祠。另外书院里还有240间宿舍，布局类似现在一室一厅的小套间，其中200间是供普通学生使用，另外40间则是给商人的子弟使用。因为书院的经费主要是来自商人，张之洞就给了商人40个保送入学的名额。
书院前后有湖，风廊月榭，荷红藻绿，环境十分雅静优美。书院虽然设在武汉，但是招收的学生却来自湖南湖北，而且两省各招100名。至于挑选生源一事，则由各省的学政去具体实施。张之洞要求，入学的学生必须在学问上有所特长：或才识出群，或多闻博览，或志行不苟，或好学深思。这一要求一来可以充分利用教学资源，二来也可以最大范围地招揽人才。虽然因为商人出资助学，张之洞给了他们40个保送名额，但是，对于这些商人的子弟并非来了就要，这些保送名额也需要经过审核。由此可见张之洞对于这个书院的重视。
书院开设的课程有经学、史学、理学、算学、经济学5门，分由5位资深教员执教。和经心书院一样，住校生都能得到书院的补贴，另外，每个月考试时基本上也都有奖励，除非是故意不用心的学生。除了每个月的小考之外，每个学期还会大考一次，每当大考时，张之洞要亲临考场，由他来主持考试。湖广总督坐镇考场，学子们不敢不用心，学校也不可能教不出优秀的学生。
在张之洞“中学为体，西学为用”思想的影响下，书院的课程设置后来又改为经学、史学、地理、数学、博物、化学及兵操（军训）等科。出任教员的不少还是当时的学界名人，如地理学家杨守敬、数学兼翻译家华蘅芳、音韵学家沈曾植等均应聘执教。同时，教师开始有“主讲”（相当于教授）、“助教”之分。后来，为了保证生源质量，招生方式由学政挑选改为招考录取制。书院学制定为5年，学完之后，成绩合格的学生由官方择优录用，不合格的学生只能回家自谋出路。部分优秀的学生还能得到官费出国留学深造的机会。清末维新派领袖、“自立军”领导人唐才常，辛亥革命领袖黄兴等都曾是两湖书院的学生。
张之洞热心教育，且身体力行，尊师重教，吸引了各方名流来书院任教，组成了一支实力强大的师资队伍，使书院在短短12年里发展迅速，影响极大。先后在此执教过的有清末民初著名教育家、史学教习姚晋圻（辛亥革命后任湖北省教育司司长）；冶金专家李维格（后任汉阳铁厂总办）；地理教习邹代均（曾任湖北舆图（地图）总局总纂）；时国内首屈一指的数学家、翻译家，帮曾国藩建造轮船并被鄂人奉为泰斗的华蘅芳；著名教育家、两湖书院监督黄绍箕（后被延聘为京师大学堂总办）；等等。1902年，两湖书院改为文高等学堂，亦称两湖大学堂。
