刘坤一复任两江总督后，一改过去保守的成见，从多方面推行洋务新政。（一）改良军事工业，提高自制新式枪炮的质量，并自炼钢材，以免受制于洋人。（二）修建铁路，自设铁路公司，可向洋人货款，但由自己承建，维护国家权益。又主张开矿业与铁路相辅而行。（三）提振工商业，在上海、汉口设立工厂，制造精良商品，以改变中国贫穷落后的面貌。（四）培养洋务人才，尤其是通晓近代海军、陆军知识的人才。（五）重视普及教育与职业教育，在省、府、县所辖地区，设立学校，包括农工商矿学堂。还主张一般妇女也接受教育，倡议兴办女子公塾。表现了他开明务实的思想。
光绪二十七年（1901），又与张之洞（湖广总督，湖南、湖北）三请变法，以兴学为头等大事，包括：（1）设立武学堂，改革学制，培养学以致用人才；（2）酌改文科，在不废经学的原则下，酌情变通科举考试；（3）停办科举武科，要求以精通武学，熟悉西洋军事知识、技能作为培养武人的标准；（4）奖励游学，派遣留学生至日本、欧美诸国，学习近代社会科学知识、科学技术，学成回国后，再教授国人。
刘坤一与张之洞又提出“整顿中法十二条”与“兼采西法十一条”，前者着重内政、军事、财政等方面的改革与创新；后者则积极倡议向西方学习军事建设、农学、工商业、矿业、医药、法律、税务、邮政及交通运输等专门知识。遗憾的是，这些建议未被采纳。