至此，经过历时10年的反复筹议，派遣学生出国留学之事才算成功。其艰难之处，主要是在于出国留学毕竟比在国内设立学堂聘洋人来中国任教要复杂得多，既需要进一步的开放思想，冲破守旧思想的束缚和守旧派的阻挠，也有待于具体事项的筹备落实，还需要有一定的外交条件。因此，其筹议时间之长是情有可原的。这一步的迈出，较之开办新式学校又前进了一大步。
曾国藩和李鸿章的派遣留学生奏折得到朝廷批准后，便立即付之实施，分批选派学生赴美留学。按照原定方案的120名学生，从1872年起分4年派遣，每年30名，留学期限15年；由候补刑部主事、曾任上海广方言馆总办的陈兰彬任正委员，容闳任副委员，负责管理学生。所选学生的地区分布为：广东83人、江苏22人、浙江8人、安徽4人、福建2人、山东1人，绝大多数为东南沿海比较开放地区的汉人子弟，无一满人；文化基础均为曾经读中国书数年，稍通中国文理，年10-16岁的聪慧幼童；家庭出身，除少数为买办商人的子弟外，大多数为普通人民的子弟。派遣学生赴美留学，主要目的当然是为了学习各种西学。学生们到美国以后，便陆续考入各种专业学习。就可查知的90人而言，其专业分布的状况是：学法政的12人，学工科的17人，学矿学的6人，入中学的36人，入小学的19人；入中学而后又学法政者9人，入中小学而后又学工科者5人，学矿学者2人，学化学者1人。在这专业清楚的52人中，学社会科学者21人，占40%;学自然科学者31人，占60%。但是在学习西学的同时，按照曾国藩、李鸿章所订章程的规定：“仍兼讲中学，课以孝经、小学、五经及国朝律例，随资高下，循序渐进。每遇房、虚、昂、星等日，正副二委员传集各童，宣讲《圣谕广训》，示以尊君亲上之义，庶不至囿于异学。”这一规定旨在保证学生的思想意识不被西化，保持中国的传统伦理道德，不忘效忠朝廷，其用意所在既有坚持封建主义教育的一面，也有进行爱国主义教育的一面，与国内兴办新式学校一样体现了洋务派的“中体西用”这一基本原则。