19世纪70年代，资本主义列强掀起了争夺亚洲殖民地的浪潮，中国边疆危机四伏而海疆尤甚，东南沿海的三大属国朝鲜、越南、琉球几乎同时告警。同治十年(1871)四月，在俄国出兵西北伊犁前夕，美国军舰侵扰朝鲜大同江，陷广城镇；十一年(1872)八月，日本册封琉球国王尚泰为藩王，迈出了吞并琉球的第一步；十二年(1873)十月，法国将领安邺率兵攻占越南河内、海阳等地；翌年，法国迫其订立《法越西贡条约》，将原为清朝属国的越南改为法国保护。在这股分割东亚领土的恶潮中，刚刚起步维新的日本便开始窃伺西邻，其咄咄逼人之势更胜过法、美各国。
先是，同治九年(1870)日本西来叩关时，直隶总督李鸿章即已察觉日人，“一仿西洋所为，志不在小”，且近在肘腋，将“永为中土之患”。呼吁清廷“皇然变计”，以固根本。但直到同治十三年(1874)三月，日本借台湾土著民杀害琉球难民事件，大举进攻台湾时，切肤之痛，清廷才真正意识到海疆危机的严重性和台防薄弱的危险性。
同年五月，清廷急命船政大臣沈葆桢为钦差大臣，调兵遣将，往返交涉。但日人以“生番不隶中国版图”为由，哓哓置辩，悍不旋师。最后，在英、美各国的调停下，清廷同意赔付日本“从前被害难民之家”抚恤款，及留用日军在台“修道建房”等银共50万两，方了此案。此事朝野震动，对清廷的刺激也不亚于英法联军之役。中日《北京专条》初订，清总理衙门即上奏“拟筹海防应办事宜”，大声疾呼：“今日而始言备，诚病其已迟；今日而再不修备，则更不堪设想矣”。为此，清廷明谕：“该王大臣所陈练兵、简器、造船、筹饷、用人、持久各条，均系紧要机宜。”命李鸿章等沿海滨江大吏详细筹议，不得以空言塞责。立时，朝廷内外掀起了如何开展海防建设的大讨论。同时，清廷命台湾沈葆桢等人，“力图自强之策，以期未雨绸缪，庶几有备无惠”。而沈葆桢则积极筹划，“非为台湾一战计，实为海疆全局计”。自此，台防与海防便完全结为一体，欲固海防，必保台湾，欲固台湾则必须变更旧制。随着海防建设的逐步展开，清廷冶台政策亦随之发生历史性的巨变。

加强海防与改变治台政策

自同治十三年九月始，历时半年之久的国防重点建设大讨论，最终虽以“海塞防并重”为结束，但重塞防乃历代之传统，重海防则是清代国防战略的大转移。光绪元年(1875)四月，清廷密谕李鸿章等人，“海防关系紧要，既为目前当务之急，又属国家久远之图，……亟宜未雨绸缪，以为自强之计。惟事属创造，必须通盘筹画，计出万全，方能有利无害。”同时，派李鸿章督办北洋、派沈葆桢督办南洋海防事宜。在创办近代海防的同时，清廷治台政策亦随之大变。
第一，弛开旧禁，析疆增吏。同年一月，清政府首先采纳沈葆桢等人建议，诏除内地人民渡台入山耕垦例禁，继则积极调整和扩大台湾建置，于琅峤地方筑城没官，增设恒春县；其后，定福建巡抚分驻之制，“冬春驻台，夏秋驻省(指福州)”；接着，又以北部辟地日广，政令难周，添设台北府，改淡水厅为新竹县，噶玛兰厅为宜兰县，另于艋胛(今台北市)设淡水县，鸡笼改名基隆，设通判。同时又因内山目辟，民番交涉渐多，南路理番同矢口移驻卑南(台东)，北路同知改为中路，移驻水沙连，各加抚民，以理番政。于是台湾建置大为改观，二府八县四厅的行政设施及于台湾全境，为台湾的全面开发奠定了行政框架。
第二，开山抚番，移民屯垦。为根绝列强觊觎之心、，“俾番众悉为我用，籍可自固藩篱”，沈葆桢赴台后，便巳分兵设防，开山抚番，但大规模开山抚番活动，则在日本撤军以后。一年之间，清军分兵三路，历尽干辛万苦，终于开通横断中央山脉的道路。其间开山，不仅砍森木、焚草菜，而且还要屯兵卫、通水道、定壤则、招垦户、给牛种、立村堡、设隘碉、致工商、设官吏、建城郭、置邮驿、建廨署等；而抚番则包括选土目、查番户、定番业、通语言、禁仇杀、教耕稼、修道途、给茶盐、易冠服、设番学、变风俗等。加上地形荒险，瘴疬袭人，生番时出狙击，故艰难危险，繁重异常，但清廷为防止外国侵越，保台湾，固海防，牺牲耗费均在所不惜(三路共计开山859里，耗银20万两，死亡官兵达2000余人)。道路开通后，清廷复设招垦局，鼓励移民，分台东为三路，进行太规模开发，与前期的禁渡政策，不啻霄壤。
第三，加强台防，倡办洋务企业。为保卫台湾，钦差大臣沈葆桢在受命渡台之际。即与福卅将军、闽浙总督等联衔上奏，提出“联外交、储利器、储人才、通消息”的保台四策。抵台后，沈氏一方面奏派专人前往欧洲各国采办铁甲船、水雷、洋枪、洋炮等新式武器；一方面在澎湖添募新勇，在台南选练洋枪队。同时，改变旧式火炮“利不足以及远，力不足以洞坚”的状况，仿照西法在澎湖、安平(今台南)、旗后等处积极修建新式炮台，以加强台湾的防卫力量。在创办洋务企业方面，清廷一反过去对台消极的抑制政策，积极支持沈葆帧等人，开采煤、铁、硫磺等矿产，“俾地无弃利，有资实济”，并铺设厦门至台湾的海底电线。

第四，清除积弊，整顿吏治营规。同冶十三年，钦差大臣沈葆桢首先提出：“欲固地险，在得民心；欲得民心，先修吏治、营政”。在整顿吏治方面，继沈氏之后，福建巡抚王凯泰、吴赞诚等人均有所作为，但最突出的则是巡抚丁日昌。丁以“振刷一分精神，即以挽回一分风气”的精神，不避艰苦嫌怨，明查暗访，严厉惩治在台的各种贪官污吏。在不到半年的时间内，上至总兵、知府，下至汛弁、委员，被其参劾惩处的不下20人。同时丁日昌等人又奏请清廷破格任用，“为地择人”，“为事择人”，使台湾吏治为之一新。在营制方面，清廷虽不同意撤废班兵制度，但为扫除班兵积弊，提高战斗力，亦允许成台班兵重新整编，易地调防，仿淮军、楚军营制，以500人为一营，将戍台官兵分为三大支，认真训练，扼要驻扎。

海军衙门的建立与台湾建省

在清廷重视海防，努力经营台湾的同时，中国东南海疆的形势愈益紧张。光绪元年(1875)九，月，日本军舰炮轰朝鲜江华岛；第二年，日本胁迫朝鲜订立朝日《江华条约》，将侵略势力伸入朝鲜；同年，西班牙借口“索威拉纳”事件，扬言调派大批水师战舰进攻台湾，一时风声鹤唳，沿海戒严；光绪五年(1879)三月，日本悍然宣布改琉球为冲绳县，最终实现了吞并琉球国的野心；与此同时，法国决意侵吞全越，战火烧向中国的西南边疆。为保藩固边，中法战争终于爆发。光绪十年(1884)四月，法国海军绕过海南岛首先进攻台湾，企图占领基隆，结果遭到清军的顽强抵抗。福建马尾海战后，法国远东舰队司令孤拔亲率兵舰再次进犯台湾，陷基隆，攻淡水，然后封锁台湾海峡。台湾受困，牵动全局，清廷焦灼万状，“内外臣工，无不以台湾无备为恨。”因此，光绪十一年(1885)二月，凉山大捷后，鉴于东南海疆形势险恶，清廷同意李鸿章“宁失落服，毋损郡县”的主张，决定“乘胜即收”，签署了《中法停战条约》。
中法战争的教训，再一次深深地刺激了清政府，战争甫定，清廷即诏谕李鸿章、左宗棠等督抚大臣各抒己见，筹议海防。于是，又一次掀起了如何加强海防的大讨论。各地督抚纷纷奏陈，意见集中于练兵、筹饷、用人、制器等诸大端。其中尤以精练海军、集中统驭为第一要务，其次是台湾建置问题。同年六月十八日，大学士左宗棠在病逝前上奏日：“第思目今之事势，以海防为要图，而闽省之筹防，以台湾为重地。”台湾“孤注大洋，为七省门户，关系全局，甚非浅鲜。其中如讲求军实，整顿吏治，培养风气，疏浚利源，在在均关紧要，非有重臣以专驻之，则办理必有棘手之处。据臣愚见，惟有如袁保恒所请，将福建巡抚改为台湾巡抚，所有台澎一切应办事宜，概归该抚一手经理，庶事有专责，于台防善后大有裨益。”于是，慈禧太后采纳李鸿章、左宗棠等人意见，决定设立海军衙门，先从北洋精练水师一支，并诏谕：“台湾为南洋门户，关系紧要，自应因时变通，以资控制，着将福建巡抚改为台湾巡抚，常Ⅲ驻扎。”如此，清廷再一次将经营台湾和整个东南海防的命运紧密联系在一起，即欲保中土，必固海防，欲固海防，必保台湾。
中法战后，台湾百业待兴，清廷在财力匮乏，内外交困之中，一面在人力、物力和政策上支持台湾的近代化建设，一面在经济上帮助台湾建省，命闽省每年协饷白银44万两，五海关协饷白银36万两，总计白银80万两，以五年为限，初步解决了台湾建省的燃眉之急。使台湾在行政上虽然脱离了福建省，但与大陆尤其是闽省的联系却更加密切，以致“闽省有指臂之助，台湾无孤立之忧”。光绪十三年(1887)，台湾正式建省，下辖三府、一直隶州、三厅、十一县，南北中布局合理，安排适当，形成以省会为中枢的全台开发经营的整体结构，一改过去闽台合制的种种弊端。首任巡抚刘铭传以“一岛基国之富强”，“一隅为全国之范”为宗旨，以设防、练兵、抚番、清赋为要务，大胆引进西方先进的科学技术和管理方法，苦心经营，积极进取，“筑铁路，购轮船，辟商场，通邮传，设学堂，行保甲，制军器，筹边防，劝农桑，振工艺，凡百新政，次第举行”，使台湾在很短的时期内，成为近代中国最先进的省份之一。