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。