发展实业方面
1864年（同治三年）8月，丁日昌上密禀，主张设厂造船，鼓励华商购买轮船经营运输，得总理各国事务衙门覆示允丁主持办理。年底，他购入苏州河口的美商旗记铁厂，开始制造开花炮。其后又将上海两炮局并入，1865年（同治四年）建立了江南机器制造总局，自任总办。这是中国第一家近代化的大型军事工厂，是首次引进西方先进生产设备，按照西方机器工厂组织起来进行生产的企业。
倡办开平煤矿和轮船招商局；在台湾开矿藏、筑铁路、架电线、造船械、办农垦等。在他的主持下，开始架设由旗后（今高雄）经台南至安平，长95里的电报线。这是中国人民自己架设的第一条电报线。在他的支持下，筹备已久的基隆煤矿也顺利投产。
外交方面
力主维护主权和收回利权等。如：英法军队自1860年（咸丰十年）入上海城内借住，久不退出。丁从1864年（同治三年）开始交涉，促使两国军队于翌年撤出，又收回外国人占据的吴淞炮台基地。丁在上海任职期间，处理对外交涉十余起，多次批驳了英、法等国超出条约的要求，维护了国家利益。
内政方面
1867年（同治六年）正月，丁日昌升任江苏布政使。他就职后主持对全省候补官员进行考试，择优补缺。并针对大户不交漕粮，小户负担过重及书吏差役蒙混浮收等弊端，新订《江北钱漕章程》16条，又发出通告，裁免节寿、门包、到任礼等陋规。
丁日昌行文取谛地方乡绅恶霸私设的关卡，凡不遵者，从严查处。接着，迅速清理积案，平定冤狱。他将各房旧案，调入卧室，十年游幕的阅历使他对种种积弊深有所知，因而采取了许多有针对性的措施。比如在审案件传讯被告时，他只发一张传票，限派一名差役前往，并根据路程远近当面给予差役所需盘费，不得向百姓勒索分文。每逢在县内大堂公开审案前，他先将百姓呈状悉心详阅，做到胸有成竹，当坐堂之时，他能迅得虚实，提高结案效率。由于他“有告必审，有审必结，有结必办”，衙中积案迅速递减。故初至时状纸在百纸以外，稍后减至四五十纸。一月之后，不过二三十纸而已。对于诬告者，他必弄个水落石出，不法之徒和贪官劣绅闻其名而生畏。不到半年，万安县讼事大减，民气得以复苏。注意治水促耕，抢险救灾等。
建议禁止外人在沿海诱骗华工出国；建议设市舶司，管理在外国的华侨和华工等。
文化教育方面
建议变八股为八科，改革科举制度；推动和促成派遣第一批留美学童；挑选船政学堂优等生赴欧留学；组织翻译出版西方科技书籍和编撰府志政书；主张在通商口岸创办报馆；倡导广设社学和义学。
雅好藏书，为官之余，搜罗古刻善本，不遗余力。鸦片战争及太平天国革命战争时，正在江苏任职，江浙一带藏书故本多有散出，大力搜求，所获近4万卷。任上海道时，收上海大藏书家郁松年“宜稼堂”宋元旧本和普通本几万卷，为此，曾与陆心源有过文字过节，陆氏称其有强取豪夺之嫌。1863年，收得长洲顾湘舟精椠善刻，数年之内，藏书之富称雄一时。数年之内，又购得黄丕烈所藏的宋椠书数种，其中宋刻本多达10余种，以北宋本《仪礼郑注》为其“经籍之冠”，藏书之富称雄一时。藏书楼名“实事求是斋”，后改名为“百兰山馆”，又命名为“持静斋”、“读五千卷书室”，藏书共10余万卷，当时与瞿氏“铁琴铜剑楼”、杨氏“海源阁”并驾齐驱，延请著名版本目录学家莫友芝、江标等学者为他整理校勘。编有《持静斋书目》5卷，收录宋本55种，元刊46种。另有《百兰山馆藏书目录》，著录图书3万余卷，善本书目《持静斋藏书纪要》由莫友芝代编并作序。因藏书管理不善，在晚年，藏书即开始散佚，去世后20余年，所藏书多由北京、上海书贾购去，部分归于李经迈、刘体智、顺德李文田、广州莫伯骥等藏书家手中。著有《抚吴公牍》、《保甲书辑要》、《百兰山馆诗》、《奏稿》、《五洲政要通考》、《百将图传》、《巡沪政书》、《丁禹生政书》、《百兰山馆古今体诗》，重编《牧令书辑要》等。
军事贡献
丁日昌为江南制造局拟订了经营大纲。他提出要留外国技术人员为教习，培训华人技艺，力争自主，不受洋人控制。鉴于局中原有设备以造船机器为多，触类旁通，制成大小机器30余台，用以制造枪炮。后来，他又设法扩展该局的生产能力，由生产枪炮进而制造轮船。1868年8月，江南制造局所造的“恬吉”号轮船下水，上海全市为之轰动，“军民无不欣喜”，中国第一艘明轮蒸汽舰试航成功。“恬吉”号长185尺，宽27.2尺，马力392匹，排水量600吨，装炮9门，与日本横须贺造船厂同期所造的“清辉”号相比既快又好。
1867年（同治六年）初，上书曾国藩，明确提出自己建设新式海防的主张。在他认为中国的海防“以炮台为经，以师船为纬根本不能适应近代海防的要求。因为洋人游弋海上，可以集中兵力，攻取中国沿海任何地方，若中国处处设防，则防不胜防，正犯兵家备多力分之忌，以致常常被动挨打。丁日昌认为要想改变这种局面，只有创建近代海军以取得制海权。有了制海权，能够控制住一定的近海海域，就可以扩大防御纵深，海防才有保障。要想取得制海权，必须在清朝旧有水师之外，创设全新的近代海军。因为在西方海军已经装备了蒸汽动力舰、铁甲舰的情况下，清朝旧式帆船水师实际上已完全无力进行近代海战。
丁日昌的海军建设具体计划是分设北洋，东洋、南洋三支水师。北洋水师设提督于津沽，兼顾辽东、山东沿海各要口；东洋水师设提督于吴淞，守江苏、浙江沿海各口，南洋水师设提督于厦门，防守福建、广东各海口。三支水师各设中等炮艇土。艘，半年会哨演习一次，以使“三洋联为一气”。这个计划是一个统筹全局的海防战略构想。有了三洋水师，就能分别对京师政治中心，江南经济中心和祖国的南大门加以屏障和保护。
1868年（同治七年）初，丁日昌重新拟订了三洋水师章程六条，使自己建立新式海军的计划变得更加具体。他明确提出要废弃沿海旧有水师，移饷训练新式海军。除了中等炮艇外，又进一步提出三洋水师应各设铁甲舰6艘。这时，他还强调近代海军的建设应与沿海炮台、岸防部队的建设同步发展。他建议三洋海军舰队各练陆兵千人，半年在岸，半年在海，沿海各镇亦练精兵500人，形成“山有虎”、“水有龙”，水陆相联之势。对于海口炮台建设，丁日昌也主张变更过去的办法，以炮台和水雷为中心建设新式海口要塞，使水师舰船在作战时能够和海口炮台“相为表里，奇正互用”。这表明他的海防建设思想又有了新的发展。
体制改革
1869年（同治八年），丁日昌开始对江苏绿营进行整顿。他上奏朝廷，将江苏抚标绿营1600余名减为1000名，成立“练军”两营。招幕精壮营勇作为练军士兵，提高他们的饷额，使他们能够安心操练。这支练军全部改用洋枪洋炮，学习准军洋操。丁日昌组织有关人员将洋人教练淮军的办法翻译成中文，绘图注说，编成《一哨操演图说》，《一营操演图说》、《一军操演图说》各一卷，以之作为江苏练军练习洋操的依据。在晚清各省练军中，江苏练军是最早装备洋枪洋炮、实行西式操练的。后来江西等省练军的洋操办法就是从江苏练军学来的。用近代枪炮和洋操来改造清朝的经制部队，这在中国近代军制发展史上是占有一定的地位的，它为清末新军的全面改革开辟了道路。丁日昌在整顿绿营，设立练军的过程中，十分强调精兵的原则。他认为“自古强兵之道，以多而弱，以少而强；以散而弱，以聚而强”。他提出要“并兵厚饷，化散为聚”，（《丁中丞政书·抚吴奏稿》卷五）对全国的兵勇大加裁汰。实行精兵政策是与近代军队建设的实际相适应的。清朝全国绿营兵60余万，加上八旗和勇营，数量相当庞大。但国家财力有限，兵勇粮饷菲薄，特别是绿营兵，粮饷不足自养，大都兼营他业以谋生，训练成为空话，毫无战斗力可言。要想整顿绿营，就得加强训练，要想加强训练，就得增加饷额，要想增加饷额，只有裁兵并饷一法。丁日昌的精兵主张，与魏源的思想一脉相承，可谓切中时弊。在改革陆军军制方面，丁日昌还提出了分设野战部队与地方治安部队的主张。在设立练军时，他提出练军必须集中训练，专事征战，使之成为“游击之师”。他认为应该将“战兵”与“差兵”、“汛兵”截然分为两途，把护饷、解犯、守库、守陵、分泛等项绿营例差一概责成差兵和汛兵，使战兵“专心防剿，可免外侮之侵凌”。野战部队与地方治安部队分设的主张是近代军制发展的必然趋势。因为在外患频存的情况下，如不改变绿营“差操不分"的陈规，专门建立一支精干能战的野战部队，便无法适应反侵略战争的需要。丁日昌的这一主张，是林则徐、魏源反对临战时抽调“客兵”、专门建立海防部队思想的又一重要发展。
1823年出生于丰顺县汤坑圩金屋围（今丰顺县城）。其高曾祖父为逃避战乱，由长乐县（今五华县）迁徙到丰顺汤坑乡（时汤坑属潮州府揭阳县，丰顺县城位于丰良）居住并繁衍成当地望族。丁日昌旧居位于揭阳市榕城元鼎路中段，占地面积6000余平方米，是传统的“百鸟朝凰”格局，是光绪初年福建巡抚丁日昌所建。
1842年（道光二十二年），20岁的丁日昌中秀才，次年补廪生。
1844年（道光二十四年），丁日昌入惠潮嘉道李璋煜幕僚。“
1854年7月（咸丰四年），海阳县（即今潮州）三合会吴忠恕等围攻潮州府城，丁日昌以邑绅身份治乡团，率汤坑乡勇三百名援救，驻扎韩山师院。9月18日清晨，丁日昌率乡勇从笔架山渡凌角池，击溃吴忠恕驻东津部，生擒百余人，遂解府城东路之困”（《丰顺县志》）。同年，广东天地会起义军进攻嘉应州（今梅州），丁日昌为李璋煜献计，以坚壁清野的办法对付起义军。事后论功授琼州学训导，三年后迁任江西万安知县。
1860年（咸丰十年），丁日昌在江西万安当知县四个月后，其突出的政绩和卓越的才能不但受到广大绅民的赞扬，而且受到上司甚至朝廷的赏识，被调回广东办理洋务。当地绅民挽留不住，启程之日，“父老子弟设席作饯，奉香拥送者数万人。”
1861年（咸丰十一年）调任卢陵知县，正赶上太平军进攻卢陵，县城失守，被清廷革职。当时曾国藩正率湘军在安徽作战，丁日昌转投其幕中，为其襄办军务。
1862年（同治元年）奉曾国藩之命，前往广东督办厘金。丁日昌在抵达广州后，发挥自己通晓火器制造的专长，在广州市郊燕塘亲自设计监制成功短炸炮36尊，炮弹2000余颗。这些武器受到广东清军的欢迎，丁日昌因此声名远播。
1863年（同治二年），他在广州郊区燕塘设炮局，仿制西洋大炮和炮弹，后被李鸿章调赴上海，创设炸炮局，制造18磅、48磅等多种开花炮弹，同时也铸造少量短炸炮，供淮军攻击太平军之用，在进攻常州作战中发挥了相当的威力。由于他铸造的大炮在镇压各地的起义中起了很大作用，升补直隶州知州，赏戴花翎。在这个过程中，丁日昌的思想发生了两个重要的变化。一是认为“太平军已不足平”，真正构成对清朝威胁的是外国侵略者。
1864年（同治三年）8月，他上书李鸿章，指出中外交通，洋人乘我多事之秋，不时恫吓挟制，令人忧愤难忍，必须积极自强以图御侮。他认为外国的长技在于船坚炮利，洋人恃此以挟制中国，我们也可以取其所长以对付洋人。丁日昌思想的另一个重要变化就是他从自己的亲身体验中认识到，中国传统的生产工艺和手段无法适应近代枪炮制造的需要。旧式泥炉炼不出能够制造近代枪炮的钢铁，用泥模铸炮也很难使炮膛光滑匀衡。因此，丁日昌产生了改革生产工艺和手段的强烈愿望。他在上海与洋人频繁接触，已对西人的机器工厂有所了解。王韬所著《火器说略》，更使他对近代枪炮的制造原理、生产工艺，特别是车床等生产工具有了更深的理解。他写信向李鸿章推荐王韬，同时建议设立“夹板火轮船厂”，用机器生产近代轮船和枪炮。恰在这时，容阂提出了要在中国发展“制器之器”的主张，丁日昌立即深表赞同。
从手工生产进而追求机器生产，是一个重要的观念变革。这个观念变革对中国19世纪60年代洋务自强运动的兴起具有十分重要的意义。丁日昌以这种新的认识和观念为基础，在上海积极设法，主持收买了美国人设在虹口的旗记铁厂，合并原来的炸炮局，后又接纳容阂从美国购回的机器。
1865年（同治四年）9月，丁日昌正式成立了江南制造局。江南制造局是清政府设立的第一家近代军工企业，它标志着中国近代军事工业的产生。
丁日昌性情本急，加上长期操劳过度，他的身体早就极度虚弱，患有咳血等症。在台湾又因瘴气浸染，旧病复发。
1865年（同治四年）10月，被任命为两淮盐运使，他深入各盐场，向绅士、场丁、灶户了解情况，完成了10余万字的调查报告，制订了《淮盐章程》、《两淮甄别章程》、《淮北总略》等章程和规划，实行改革，兴利除弊。
1868年（同治七年）1月，丁日昌升江苏巡抚，仍驻节苏州。1868年（同治七年）4月他雇用9艘轮船把3万石大米运到天津，为创设轮船公司作准备。但已试航的轮船漕运，却因顽固大臣的反对被迫停止。
1870年（同治九年）7月，江苏省乡试在南京举行，他特意派出江南制造总局生产的“操江”、“恬吉”两艘轮船免费接送应试士子，藉以宣传轮船的优越性。丁在治苏任内，澄清吏治，整顿地方，全省清理积案27万宗，得到士民的好感，却招来守旧派的怨恨。太常寺少卿王家璧3次上疏，对丁肆意漫骂攻击。顽固派群起附和。后因母黄氏病逝，丁日昌回粤，在揭阳旧居守制3年。并集资购“平安”号轮船，往来上海、汕头之间作商业营运。
1875年（光绪元年）6月，丁日昌奉旨北上天津，帮助北洋大臣李鸿章商办事务。9月，在沈葆桢的推荐下，出任福建船政大臣。1876年（光绪二年）初，又奉命兼署福建巡抚。丁日昌抵任后，提出要对船政局的生产加以革新，希望能派员往外国学习，延聘外国技术人员釆厂当教习。他和李鸿章、沈葆桢等奏准福州船政学堂第一批留学生35名赴欧学习，其中有严复，刘步蟾等人。 [8] 丁日昌认为电报可以通军情，为海防所必需，积极主张自设电报。他亲自与丹麦大北公司交涉，收买了福州至罗星塔电线，成为中国自营的第一条电报专线。随后，他又主持架设了台湾府城至安乎、旗后电线，成为中国第一条自建电报线。
1877年（光绪三年）8月，他因病离职回籍休养。此后，清廷一再表示希望他再度出任海疆和枢廷要职。
1879年（光绪五年）下谕赏给他总督衔，令他专驻南洋，节制南洋沿海水师官兵，悉心办理海防事宜。不久，又命他兼任总理各国事务衙门大臣。他都因病未能出山。丁日昌虽然身在林泉，但他对国家的防务仍时时予以关注。
1879年（光绪五年）6月，他上奏清廷，对海防等问题提出16条建议。由于琉球的废灭，他对日本的侵略野心益加警惕，指出日本“三五年不南攻台湾，必将北图高丽（朝鲜）”。（中国近代史资料丛刊：《洋务运动》，第2册，第394页）他大声疾呼朝野内外一定要齐心协力，急谋自强，否则将国无宁日。他还认识到“民心为海防根本”，只有老百姓的生计有着落，元气得到恢复，才能众志成城，海疆安如磐石。因此，他希望统治者们能够切实关心百姓的痛苦，从根本上使中国强大起来。
1881年（光绪七年），丁日昌获悉法人对越南之经营日趋积极，他便给总理衙门王大臣写信，提醒他们予以关注。他说，越南为法人蚕食，萎靡不振，若听其自然，必成为第二个琉球。他建议清廷密派广西巡抚或提督，与越南密商自强办法。他自己还曾组织人员翻译法人所绘著的中越边境地图和说明，以揭露法国的侵略行径。