自明朝以後，封建王朝以八股取士，科舉成為知識分子晉身統治階級的唯一途徑。兩次鴉片戰爭的失敗，外國資本主義的興起，一批憂民愛國之士逐漸認識到，八股取士使知識分子學用脫節，不通中外。為了破除傳統科舉和教育的空疏無用，這些憂民愛國人士紛紛要求改革科舉制度，培養時代需要的新式人才。
李鴻章改革科舉的思想深受當時在他幕府中做事的馮桂芬的影響。1861 年馮桂芬在《校邠廬抗議》中深刻地揭露了科舉制度的腐敗，他認為時文取士所取非所用，禁錮了知識分子的心思材力，意在敗壞人才，而不是造就人才。此外，馮桂芬還提出了一些針對科舉考試的方法、內容等方面的具體改革措施。他提出的「特設一科」思想，成為後來李鴻章主張「專設一科取士」思想的靈感來源。可以說，馮桂芬是主張將西方近代科技引入中國傳統科舉制度的首倡者，而李鴻章則是官僚士大夫在封建廟堂上創意的第一人。
李鴻章認為，八股取士脫離實際，不能造就有用的人才，選拔出來的官吏只知道章句小楷，對西方的科學技術全然無知，為此而十分不屑。早在開辦洋務之初，李鴻章就上書力陳八股取士的弊端，要求改革科舉制度，他指出沉迷於精美華麗文章的人實際上都是寫習武兇悍的人，他們實際上粗俗而又愚蠢，平時用到的不是學堂裡學到的。在學堂裡學到的知識生活中又用不到。他認為科舉制度是造成新式人才短缺的根源，發展到晚清的科舉制度已然變成了扼殺人才的工具。因而李鴻章主張改革科舉制度，專設「一科取士」，鼓勵知識分子學習洋務，掌握先進的科學知識，培養洋務人才。
李鴻章認為，中國的文武制度都在西方之上，「獨火器萬不能及」，原因就在於中國製造機器的人中，學者明白制器的道理，工匠實際操作製造機器，理論和實踐沒有聯繫在一起，所以沒有取得較高的成就，製造技藝精湛的人，充其量只是個工匠。他認為一個人如果能掌握西方制器之術並且能為國家所用，就能成為官僚貴族，世食其業，世襲其職，必會有一大批人願意學習、掌握制器技術以獲取功名利祿，從而培養大批精通西學的人。他說：他說中國想要自強，則不如學習洋人的堅船利炮；學習外國的堅船利炮，則不如尋找制器之器。學習洋人的方法而不必全用洋人。想要尋找製造機器的機器和製造機器的人才，可以專門開設洋務一科取士。這樣的人才終身賞給他功名和富貴，則學業可成、技藝可精，人才也被網羅的起來。從培養學習西方軍事裝備和機器生產、掌握西方科技人才的目的出發，請求改革科舉制度。
考慮到八股取士在中國已經存在了上千年，根基牢靠，一旦完全取消，將會遭到頑固派的拼死反對。對科舉制度進行大刀闊斧的改革必然行不通，所以李鴻章建議朝廷「科目即不能驟變，時文即不能遽廢，而小楷試帖太蹈虛飾，甚非作養人才之道，似應於考試功令稍加變通，另開洋務時取一格，以資造就。」在不廢除科舉的前提下，為學習洋務的人增加一個考取功名的機會，可以激勵更多的知識分子學習洋務知識。他還建議凡是有海防的省份，都應該設立洋學局，並選擇通曉洋務的大員主持，洋學局分設格致、測算、機器、火輪、輿圖、炮法、兵法、電氣、化學等學科。聘請外國專家分科講授，選送有志之士進入洋學局學習，對學有成效的人對學有成效的人給予獎勵和官職，和科舉出身並無差別；對一開始勤勉後來懈怠的人，馬上罷免革職。出洋子弟學成回國，在京師同文館、上海廣方言館學習算學的學生，都可以調到洋學局教習，並酌量派往各機器局各兵船當差。李鴻章深信，他的建議被採納後，必然會引發學習洋務的熱潮，大量通曉先進技術的優秀人才就會湧現。
江南道監察御史陳琇瑩在 1887 年 4 月上疏《奏請將算學歸入正途考試疏》，建議將學算學的人員歸入科舉正途考試並給與科甲出身，引起一片議論之聲。李鴻章想為天津水師武備學堂的學生和教習爭取科甲正途出身，贊同陳琇瑩的建議。迫于洋務派的強烈要求和社會輿論的壓力，最終清政府同意了將算學歸入正途考試。隨後天津水師武備學堂的學生和教習以及京師同文館的學生和上海廣方言館的肄業生於 1888 年一起參加了順天鄉試，以算學做題目。這是中國歷史上第一次將西學和中學放在平等的位置來考核學生，衝破了傳統八股取士的藩籬，為二十世紀全面改革乃至廢除科舉制度奠定了基礎。
李鴻章強烈質疑傳統教育，要求改革科舉制度，受到一些保守大臣的反對和阻撓，但他仍然堅持改革舊的科舉制度，與頑固派展開激烈的論戰。雖然有關改革科舉考試，以洋學取士的主張，在當時並沒有被朝廷採納，但身為洋務大臣，李鴻章一心為國家利益著想，為中國培養懂西方技術的人才，這種精神是值得我們敬佩的。他倡議的設立洋學局，另開洋務進取一格的思想，猶如在當時文人士子仍沉浸在八股時文的沉悶環境中刮入一股清風，令人精神為之一振。即便其主張沒有完全被清廷採納，依然給八股取士制度沉重一擊，對傳統的科舉制度和教育制度造成強烈的衝擊，對後來科舉制度的廢除產生了深遠的影響。