發展實業方面
1864年(同治三年)8月，丁日昌上密稟，主張設廠造船，鼓勵華商購買輪船經營運輸，得總理各國事務衙門覆示允丁主持辦理。年底，他購入蘇州河口的美商旗記鐵廠，開始製造開花炮。其後又將上海兩炮局併入，1865年(同治四年)建立了江南機器製造總局，自任總辦。這是中國第一家近代化的大型軍事工廠，是首次引進西方先進生產設備，按照西方機器工廠組織起來進行生產的企業。
倡辦開平煤礦和輪船招商局;在臺灣開礦藏、築鐵路、架電線、造船械、辦農墾等。在他的主持下，開始架設由旗後(今高雄)經臺南至安平，長95裏的電報線。這是中國人民自己架設的第一條電報線。在他的支持下，籌備已久的基隆煤礦也順利投產。
外交方面
力主維護主權和收回利權等。如：英法軍隊自1860年(咸豐十年)入上海城內借住，久不退出。丁從1864年(同治三年)開始交涉，促使兩國軍隊於翌年撤出，又收回外國人佔據的吳淞炮臺基地。丁在上海任職期間，處理對外交涉十餘起，多次批駁了英、法等國超出條約的要求，維護了國家利益。
內政方面
1867年(同治六年)正月，丁日昌升任江蘇布政使。他就職後主持對全省候補官員進行考試，擇優補缺。並針對大戶不交漕糧，小戶負擔過重及書吏差役矇混浮收等弊端，新訂《江北錢漕章程》16條，又發出通告，裁免節壽、門包、到任禮等陋規。
丁日昌行文取諦地方鄉紳惡霸私設的關卡，凡不遵者，從嚴查處。接着，迅速清理積案，平定冤獄。他將各房舊案，調入臥室，十年遊幕的閱歷使他對種種積弊深有所知，因而採取了許多有針對性的措施。比如在審案件傳訊被告時，他只發一張傳票，限派一名差役前往，並根據路程遠近當面給予差役所需盤費，不得向百姓勒索分文。每逢在縣內大堂公開審案前，他先將百姓呈狀悉心詳閱，做到胸有成竹，當坐堂之時，他能迅得虛實，提高結案效率。由於他“有告必審，有審必結，有結必辦”，衙中積案迅速遞減。故初至時狀紙在百紙以外，稍後減至四五十紙。一月之後，不過二三十紙而已。對於誣告者，他必弄個水落石出，不法之徒和貪官劣紳聞其名而生畏。不到半年，萬安縣訟事大減，民氣得以復甦。注意治水促耕，搶險救災等。
建議禁止外人在沿海誘騙華工出國;建議設市舶司，管理在外國的華僑和華工等。
文化教育方面
建議變八股爲八科，改革科舉制度;推動和促成派遣第一批留美學童;挑選船政學堂優等生赴歐留學;組織翻譯出版西方科技書籍和編撰府志政書;主張在通商口岸創辦報館;倡導廣設社學和義學。
雅好藏書，爲官之餘，蒐羅古刻善本，不遺餘力。鴉片戰爭及太平天國革命戰爭時，正在江蘇任職，江浙一帶藏書故本多有散出，大力搜求，所獲近4萬卷。任上海道時，收上海大藏書家鬱鬆年“宜稼堂”宋元舊本和普通本幾萬卷，爲此，曾與陸心源有過文字過節，陸氏稱其有強取豪奪之嫌。1863年，收得長洲顧湘舟精槧善刻，數年之內，藏書之富稱雄一時。數年之內，又購得黃丕烈所藏的宋槧書數種，其中宋刻本多達10餘種，以北宋本《儀禮鄭注》爲其“經籍之冠”，藏書之富稱雄一時。藏書樓名“實事求是齋”，後改名爲“百蘭山館”，又命名爲“持靜齋”、“讀五千卷書室”，藏書共10餘萬卷，當時與瞿氏“鐵琴銅劍樓”、楊氏“海源閣”並駕齊驅，延請著名版本目錄學家莫友芝、江標等學者爲他整理校勘。
編有《持靜齋書目》5卷，收錄宋本55種，元刊46種。另有《百蘭山館藏書目錄》，著錄圖書3萬餘卷，善本書目《持靜齋藏書紀要》由莫友芝代編並作序。因藏書管理不善，在晚年，藏書即開始散佚，去世後20餘年，所藏書多由北京、上海書賈購去，部分歸於李經邁、劉體智、順德李文田、廣州莫伯驥等藏書家手中。著有《撫吳公牘》、《保甲書輯要》、《百蘭山館詩》、《奏稿》、《五洲政要通考》、《百將圖傳》、《巡滬政書》、《丁禹生政書》、《百蘭山館古今體詩》，重編《牧令書輯要》等。
軍事貢獻
丁日昌爲江南製造局擬訂了經營大綱。他提出要留外國技術人員爲教習，培訓華人技藝，力爭自主，不受洋人控制。鑑於局中原有設備以造船機器爲多，觸類旁通，製成大小機器30餘臺，用以製造槍炮。後來，他又設法擴展該局的生產能力，由生產槍炮進而製造輪船。1868年8月，江南製造局所造的“恬吉”號輪船下水，上海全市爲之轟動，“軍民無不欣喜”，中國第一艘明輪蒸汽艦試航成功。“恬吉”號長185尺，寬27.2尺，馬力392匹，排水量600噸，裝炮9門，與日本橫須賀造船廠同期所造的“清輝”號相比既快又好。
1867年(同治六年)初，上書曾國藩，明確提出自己建設新式海防的主張。在他認爲中國的海防“以炮臺爲經，以師船爲緯根本不能適應近代海防的要求。因爲洋人遊弋海上，可以集中兵力，攻取中國沿海任何地方，若中國處處設防，則防不勝防，正犯兵家備多力分之忌，以致常常被動挨打。丁日昌認爲要想改變這種局面，只有創建近代海軍以取得制海權。有了制海權，能夠控制住一定的近海海域，就可以擴大防禦縱深，海防纔有保障。要想取得制海權，必須在清朝舊有水師之外，創設全新的近代海軍。因爲在西方海軍已經裝備了蒸汽動力艦、鐵甲艦的情況下，清朝舊式帆船水師實際上已完全無力進行近代海戰。
丁日昌的海軍建設具體計劃是分設北洋，東洋、南洋三支水師。北洋水師設提督於津沽，兼顧遼東、山東沿海各要口;東洋水師設提督於吳淞，守江蘇、浙江沿海各口，南洋水師設提督於廈門，防守福建、廣東各海口。三支水師各設中等炮艇土。艘，半年會哨演習一次，以使“三洋聯爲一氣”。這個計劃是一個統籌全局的海防戰略構想。有了三洋水師，就能分別對京師政治中心，江南經濟中心和祖國的南大門加以屏障和保護。
1868年(同治七年)初，丁日昌重新擬訂了三洋水師章程六條，使自己建立新式海軍的計劃變得更加具體。他明確提出要廢棄沿海舊有水師，移餉訓練新式海軍。除了中等炮艇外，又進一步提出三洋水師應各設鐵甲艦6艘。這時，他還強調近代海軍的建設應與沿海炮臺、岸防部隊的建設同步發展。他建議三洋海軍艦隊各練陸兵千人，半年在岸，半年在海，沿海各鎮亦練精兵500人，形成“山有虎”、“水有龍”，水陸相聯之勢。對於海口炮臺建設，丁日昌也主張變更過去的辦法，以炮臺和水雷爲中心建設新式海口要塞，使水師艦船在作戰時能夠和海口炮臺“相爲表裏，奇正互用”。這表明他的海防建設思想又有了新的發展。
體制改革
1869年(同治八年)，丁日昌開始對江蘇綠營進行整頓。他上奏朝廷，將江蘇撫標綠營1600餘名減爲1000名，成立“練軍”兩營。招幕精壯營勇作爲練軍士兵，提高他們的餉額，使他們能夠安心操練。這支練軍全部改用洋槍洋炮，學習準軍洋操。丁日昌組織有關人員將洋人教練淮軍的辦法翻譯成中文，繪圖注說，編成《一哨操演圖說》，《一營操演圖說》、《一軍操演圖說》各一卷，以之作爲江蘇練軍練習洋操的依據。在晚清各省練軍中，江蘇練軍是最早裝備洋槍洋炮、實行西式操練的。後來江西等省練軍的洋操辦法就是從江蘇練軍學來的。用近代槍炮和洋操來改造清朝的經制部隊，這在中國近代軍制發展史上是佔有一定的地位的，它爲清末新軍的全面改革開闢了道路。
丁日昌在整頓綠營，設立練軍的過程中，十分強調精兵的原則。他認爲“自古強兵之道，以多而弱，以少而強;以散而弱，以聚而強”。他提出要“並兵厚餉，化散爲聚”，(《丁中丞政書·撫吳奏稿》卷五)對全國的兵勇大加裁汰。實行精兵政策是與近代軍隊建設的實際相適應的。清朝全國綠營兵60餘萬，加上八旗和勇營，數量相當龐大。但國家財力有限，兵勇糧餉菲薄，特別是綠營兵，糧餉不足自養，大都兼營他業以謀生，訓練成爲空話，毫無戰鬥力可言。要想整頓綠營，就得加強訓練，要想加強訓練，就得增加餉額，要想增加餉額，只有裁兵並餉一法。丁日昌的精兵主張，與魏源的思想一脈相承，可謂切中時弊。
在改革陸軍軍制方面，丁日昌還提出了分設野戰部隊與地方治安部隊的主張。在設立練軍時，他提出練軍必須集中訓練，專事征戰，使之成爲“遊擊之師”。他認爲應該將“戰兵”與“差兵”、“汛兵”截然分爲兩途，把護餉、解犯、守庫、守陵、分泛等項綠營例差一概責成差兵和汛兵，使戰兵“專心防剿，可免外侮之侵凌”。野戰部隊與地方治安部隊分設的主張是近代軍制發展的必然趨勢。因爲在外患頻存的情況下，如不改變綠營“差操不分"的陳規，專門建立一支精幹能戰的野戰部隊，便無法適應反侵略戰爭的需要。丁日昌的這一主張，是林則徐、魏源反對臨戰時抽調“客兵”、專門建立海防部隊思想的又一重要發展。
