八国军攻进北京，帝、后西逃西安 。朝廷的电报再一次一封接一封地到达南方，要求李鸿章北上与正在攻打这个国家的洋人议和 。朝廷为此将李鸿章由两广总督重新调任为大清国封疆大臣中的最高职位：直隶总督兼北洋大臣 。而慈禧的最后一纸任命是：“着李鸿章为全权大臣 。”每当满清政府把这个巨大的帝国带到毁灭的边缘，他们惟一必须启用的人就是李鸿章 。由两广总督回任直隶总督兼北洋大臣的李鸿章又为清廷这所“破屋”充当起“糖糊匠”之责 。由于大清长期积贫积弱，李鸿章纵然有三头六臂亦回天无力 。
1901年9月7日，李鸿章代表大清国与11国签订了中国近代史上着名的不平等条约《辛丑条约》的李鸿章，在签字回来后再一次大口地吐血史载其吐血中“紫黑色，有大块”，“痰咳不支，饮食不进” 。医生诊断为：胃血管破裂 。
李鸿章在病榻上上奏朝廷：“臣等伏查近数十年内，每有一次构衅，必多一次吃亏 。上年事变之来尤为仓促，创深痛巨，薄海惊心 。今议和已成，大局稍定，仍希朝廷坚持定见，外修和好，内图富强，或可渐有转机 。”
1901年11月7日，这位大清重臣已处在油尽灯枯之际，他“久经患难，今当垂暮，复遭此变，忧郁成疾，已乖常度” 。站在他床头逼迫他签字的俄国公使走了之后，身边的人大哭：“还有话要对中堂说，不能就这么走了！”李鸿章的眼睛又睁开了，身边的人对他说：“俄国人说了，中堂走了以后，绝不与中国为难！还有，两宫不久就能抵京了！”李鸿章两目炯炯不瞑，张着口似乎想说什么 。身边的人再说：“未了之事，我辈可了，请公放心！”李鸿章“目乃瞑”，享年78岁 。
【左宗棠是英雄还是罪人 李鸿章是英雄还是罪人】 李鸿章有一首临终诗：“劳劳车马未离鞍，临事方知一死难 。三百年来伤国步，八千里外吊民残 。秋风宝剑孤臣泪，落日旌旗大将坛 。海外尘氛犹未息，诸君莫作等闲看” 。
李鸿章去世后，两宫“哭失声”，慈禧太后称赞他是“再造玄黄”之人 。赠太傅，晋一等肃毅侯，谥文忠 。赐白银五千两治丧 。原籍和立功省建祠10处 。京师祠由地方官员定期祭祀 。清代汉族官员京师建祠仅此一人 。李鸿章生前还有一项汉人最高殊荣：慈禧太后六十大寿之日，破格赏予李鸿章汉人唯一的“三眼花翎”（原只有满族贝子或以上贵族独有，曾国藩亦只获授双眼花翎） 。
在当时的日本首相伊藤博文的自传中，李鸿章被视为大清帝国中唯一有能耐可和世界列强一争长短之人 。刘继兴考证，李鸿章青年时代所作的诗句“丈夫只手把吴钩，意气高于百尺楼 。一万年来谁着史，三千里外欲封侯”，曾使异国的伊藤博文在从政前竟深受其影响 。
时任美国总统的格兰特称李鸿章为当时世界上四大伟人之首，与当时英国首相本杰明·迪斯雷利、法国总理甘必大、德国首相俾斯麦齐名 。
近代史学家唐德刚认为李鸿章是自有近代外交以来，中国出了“两个半”外交家的其中一个（另外周恩来是一个，顾维钧是半个 。）
关于身后荣辱，李鸿章心里很明白，他曾说，中日甲午战争“至一生事来，扫地无余，如欧阳公所言，‘半生名节，被后生辈描画都尽 。’环境所迫，无可如何” 。
梁启超曾写了《李鸿章》一书，书中为李鸿章大抱不平：“西报有论者曰：日本非与中国战，实与李鸿章一人战耳 。其言虽稍过，然亦近之 。不见乎各省大吏，徒知画疆自守，视此事若专为直隶满洲之私事者然，其有筹一饷出一旅以相急难者乎？即有之，亦空言而己 。乃至最可笑者，刘公岛降舰之役，当事者致书日军，求放还广丙一船，书中谓此舰系属广东，此次战役，与广东无涉云云 。各国闻者，莫不笑之，而不知此语实代表各省疆臣之思想者也 。若是乎，日本果真与李鸿章一人战也 。以一人而战一国，合肥合肥，虽败亦豪哉！” “中国俗儒骂李鸿章为秦桧者最多焉 。法越中日两役间，此论极盛矣 。出于市井野人之口，犹可言也，士君子而为此言，吾无以名之，名之曰狂吠而已 。”
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