沈葆桢渡台督办台湾防务后，发现台地班兵不可用，乃奏请“将台澎班兵疲弱者，先行撤之归伍，其旷饷招在地精壮充补，以固边防”。[73]日军退兵之后，沈葆桢于光绪元年七月奏请仿淮、楚军营制归并台湾营伍，以五百人为一营。南路九营专顾凤山、台湾、嘉义三县；中路三营专顾彰化；北路三营专顾淡水、宜兰一带；澎湖两营专管澎湖。“均各认真训练，扼要驻扎”，归巡抚统辖。台湾镇总兵撤去“挂印”字样，并归巡抚节制。[74]
沈又认为“台地延袤一千余里，处处滨海，皆可登岸，陆防之重尤甚于水”，奏请将安平台协水师三营改为陆路。鉴于旧有水师编制，战船仅能巡缉捕盗，已不合台湾海防作战之需要，奏将台、澎各营拖罾艇船八号全部裁撤，另将闽厂现造轮船分拨济用。[75]
沈葆桢在渡台之前就与闽浙总督等联名上奏，提出应购置铁甲船、水雷、洋枪等加强海防的建议。[76]渡台之后又再三强调“设防之事，万不容缓”。澎湖为台厦命脉，而守备虚弱。沈即饬副将吴奇勋添募新勇一营，并派人至上海购大铁炮十尊加强防卫。[77]虽然台地绵亘千余里，固属防不胜防，但沈葆桢觉得郡城仍是防守之根本。唯城去海十里，而近洋船炮力及之有余。沈葆桢计划于安平海口小阜突出处仿西洋新法，构筑三合土大炮台一座，安放西洋巨炮，使海口不得停泊兵船，而后郡城可守。[78]该计划得到批准之后，沈葆桢即雇聘洋匠，踩址绘图，选择三鲲身海滨离城最近之地建筑炮台。外可遥击敌船，内可近卫郡治。炮台为方式，其制四面共宽一百八十丈，四角为凸形，中为凹形；凸者列大炮以利远攻，凹者列洋枪以防近扑。台顶至地高一丈六尺有奇，厚一丈八尺有奇，外更掘壕一重，壕岸以一丈为率，注水以七尺为常。台上容1500人，周围配大炮5尊、小炮6尊。除炮兵272名外，余皆洋枪队。台之下为避炮室，以备换班歇息，后为仓库，以储粮米药铅。其墙均须极厚，层层必以竹木撑持，敌炮乃不能入。炮台拟外围方砖，内塞以三合土；围砖则永无旁塌之虑，实土则不至为巨炮所摧。外围之砖厚五尺有奇，约估丈数，已在六百万块以外，竹木石灰称之。[79]安平炮台于同治十三年十月兴工，于次年八月竣工，沈葆桢在炮台城门上亲书“亿载金城”四字，此为中国最早兴建的新式炮台。沈氏又在台南旗后海口凿石垒土，建炮台6座。同时又购炮10尊，驻兵800名于东港炮台，以加强南部防务。沈葆桢还在台湾郡城按照洋式起造火药局和军装局，将上年办理防务时所购买洋炮、洋枪及军火器械等“慎为存储”。[80]经过沈氏的努力与整顿，台湾的营制与武备趋于健全。(www.xing528.com)
沈葆桢在其任内共两度莅台，第一次为1874年6月至1875年1月，第二次为1875年3月至8月。在此短短一年的时间内，他以非凡的魄力在台湾开创了一个全新的局面。更重要的是，在他的推动下，清廷的治台政策发生了根本性的改变，由原来的消极保守转向积极进取，所有这些为日后台湾正式建省奠定了良好的基础。因此，称沈葆桢为台湾近代化建设的创始者实不为过。
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