自从容闳获准在江南制造局开办了附设的机械学校后，他感到自己早在耶鲁大学时就酝酿的教育计划在适当的时机提出来，是有可能获得批准的。
容闳想到实现这个教育计划是自己埋在心底15年的愿望，如今像曾国藩这个清政府政界中的重要人物都能与自己的想法接近，再加上自己的好友丁日昌是个有血性、不畏缩的人，有这些志同道合的关键人物，自己的教育计划会及早实现的。
自从丁日昌升任江苏巡抚之后，容闳曾多次去苏州拜见丁日昌、向他提出了自己派留学生出洋的教育计划。丁日昌听了容闳周密设想后大加赞许。他要容闳尽快地写出一个陈条，准备上报朝廷。
容闳听了丁日昌肯定的意见后又惊又喜，立刻动手写了一份陈条。为了能使自己的教育计划获准，他还在陈条中提出了组织中国港船公司、开矿产、修铁路、限制教会权利的建议作为陪衬，把教育计划作为陈条的第二条提出。这个教育计划中提出：
政府应选送青少年出国留学，为国家储集人才。派遣的方法可以先试行招收一百二十名，这一百二十名青少年可分四批，每年派出三十名。留学的期限为十五年。留学生的年龄在十二岁至十四岁。如果第一、二批学生留学成效显著，可以将这个计划定为永久的。每年派留学生时还要同时派若干中文教师同行，使留学生在国外也能学到汉语和中国的经书。另外还要派两个监督负责安排和管理留学生的学习和生活。留学生的经费可以从中国海关的收入报出。
容闳写好陈条后立刻送给了丁日昌。丁日昌又很快递给了军机大臣文祥。可是不巧，文祥的母亲突然病逝，他回去服丧。按照清政府的礼制规定官吏任职时如果遇到父母去世，要退职三年回去服丧。而文祥在服丧期不到三个月自己也去世了。所以这一陈条根本就没有递到朝廷就搁浅了，容闳为失去这次机会而感到挽惜，只能耐心等待新的机会。
1870年天津天主教传教士残害育婴堂的几十名婴儿，并屠杀中国雇员的罪行引起了群众的无比愤怒。群众在举行的抗议活动中，打死法国驻天津领事丰大业及其秘书西蒙，发生了震惊中外的天津教案。事后，清政府派曾国藩、丁日昌去谈判。丁日昌立刻给容闳打电话，要他也去做翻译。容闳一到天津就看见几个政府大臣都在这里。他感到机会来了，可以再次向他们提出自己的教育计划。于是谈判刚一结束，容闳又向曾国藩等大臣们提出了这个计划。曾国藩立刻表示赞许，并要和其它几个大臣一道，联名向清政府奏请。听到这个消息，容闳兴奋得彻夜未眠，自己的愿望就要实现了。按照他的计划，中国将每年派出一定数量的青少年出国留学，15年后将年年都有一批学成回国者，来建设自己的祖国。这是中国教育史上的新纪元。容闳利用了两天的时间代曾国藩起草了一份奏折。曾国藩等四人在上面签了字，并很快被送进朝廷。
这个奏折递到朝廷后不久就获得了批准。曾国藩要容闳和原刑部主事陈兰彬到南京共同研究这一教育计划的问题。他们在容闳教育计划的基础上，又制定了《挑选幼童赴西泰肄业章程》，规定了挑选学生的条件、留学的方法、待遇、守则等共12条。
章程中规定只要身家清白，有保证人，不分满族人、汉族人，家长愿意在自愿书上签字的青少年都可以被挑选。学生在出国留学期间生病死亡，政府不负任何责任。章程中还规定了留学期间学习汉文书目等。
不久，由于曾国藩的再次上奏，促使容闳提出教育计划得到具体的落实。决定在上海设立预备学校，把准备留学的30个小学生集中在这个学校补习中文和英文。还决定在美国建立中国留学生事务所，负责安置中国的留学生。同时还任命陈兰彬和容闳分别任正、副监督，统管挑选青少年出国留学的事务。
这次招生名额确定为120名分4批，每批30人，年龄在12岁至15岁，留学期限定为15年，留学生毕业后回国，由政府委任官职。
因为第一批留学生在上海没有能够招满，容闳特意为此亲自去香港招收中文、英文都懂一点的聪颖、智慧的青少年。他在香港招生也遇到了不少困难。例如：他物色上一名学生叫詹天佑，就是后来在中国建立全国第一条铁路——京张铁路的大名鼎鼎的铁路工程专家。容闳发现这个少年聪明好学，就想把他招收留学，于是容闳托了一个朋友去帮助劝说詹天佑的父母，詹天佑的父母才勉强同意让儿子去报名。容闳为能圆满地完成送出第一批留学生的工作而日夜操劳。终于，功夫不负有心人，30名学生全部招齐，这30名留学生中没有一个人是官宦子弟，全部都是出身贫寒的孩子，其中大部分都是广东人。
30名学生经过上海预科学校的补习后，于1872年夏天由监督陈兰彬率领出发去美国留学。从这年开始一直到1875年秋之前，每年派出30人，完成了120名青少年留学的计划。
已过了不惑之年的容闳看到自己一生追求的理想开始实施，自己设计的教育计划虽历尽千辛万苦，总算实现了。因此，他把这一事业看作是自己一生中“最大的事业”。他在第一批学生到达美国后，就奔忙着为他们安排生活和学习。他把30名学生分别安置在新英格兰的美国人家居住，又为他们联系好美国的小学，把他们送进学校读书。留美学生事务所原来设在马萨诸塞州的春田市，后来又迁到哈特福德市。经过清政府的批准，并拨款于1874年在柯林斯大街盖了一座三层小楼，把这座小楼作为留美学生事务所的永久办公地点。这里可以容纳监督、教员、学生70多人同住，还有一个专门用来教汉语的大教室，里面还设有餐室、浴室等。留美学生事务所的新楼在当时就算相当气派的了。
19世纪70年代的中国是一个半封建半殖民地的国家，封建势力还是相当顽固的。容闳的教育计划是对旧的中国教育制度的一次不小地冲击，是中国教育发展史上的一次重大改革。因此，就决定了封建顽固势力一定要对这个教育计划进行诽谤和攻击，也预示着这个教育计划会遇到很大的阻力。
容闳把留学生的留学期限定于15年，就是为了让这些外出留学的青少年也能像自己一样与封建教育隔绝。这样做既可以摆脱国内封建意识的束缚和影响，又可以在向西方学习中获得世界知识和科学技术能力，成为与旧式封建文人不同的一代知识分子，从而为中国的复兴培养力量。容闳的想法与曾国藩不同。曾国藩则是派青少年出国留学，学成之后回国效忠封建统治者，发展洋务事业。所以尽管曾国藩同意了这项教育计划，但却与容闳有着不同的目的。
这个教育计划是通过封建朝廷批准的，因此就必然要为封建统治阶级服务。留学生们虽然在大西洋彼岸的美国留学，但按照封建礼制的规定，要定期向学生们宣讲封建礼教，还要在规定的时间内一齐遥向清朝皇帝叩头。还要定期向留学生们讲汉语，主要以“小学”、“孝经”、“五经”等书籍为汉语讲授内容。留学生虽然身在异国它乡却仍然要身穿长袍，梳着一根长长的辫子。留学生们依然处处被封建礼教等束缚着。
清政府这次派陈兰彬和容闳担任正、副监督是有他们的想法的。陈兰彬原来是封建翰林院的翰林，完全是封建教育制度下培养出来的正统的旧的封建文人，受封建思想奴化极深。他在清政府的刑部任职有20年，长期不得志，这次让他来做留学生监督已是对他的重用了，所以他会全力效忠于封建朝廷的。而容闳与陈兰彬是戴然不同的。容闳长期在美国留学，不是封建制度下培养出来的文人。这次清政府任他为留学生副监督，主要是看重了他在国外的关系。容闳这次组织留学生赴美学习始终态度十分积极。他对这一教育计划的成功雄心勃勃，但却要受到陈兰彬的控制，处处受到排挤。
这批留学生年纪小，可塑性强，到了美国学习，受到美国社会的影响，感到穿长袍、梳长辫行动很不方便，踢球、游戏都会受到影响。于是有些学生就偷偷地换下长袍、剪掉辫子。容闳看到这些并不想加以指责。他想起自己20多年前在美国留学时不也是这个样子吗？可陈兰彬一直在闭关自守的国家里生活，习惯于封建礼教的束缚，对留学生这些举动是不能容忍的，认为这是对封建统治的大逆不道。正、副两位监督一个训斥、一个庇护；一个惊慌失措、一个熟视无睹。他们俩之间产生了矛盾。一次陈兰彬看到一群留学生脱掉长袍在操场上戏闹，气愤地大叫着：“这还成何体统？”他把剪辫、脱长袍的学生叫来，要他们遥向北京跪下请罪。
两个监督矛盾越闹越大，时常有冲突发生。例如：有一个叫容揆的留学生，在美国学习很刻苦，学完了小学、中学后，又以优异的成绩考入了美国有名的哈佛大学。后来仅仅因为他剪了辫子，有人告了他的状，陈兰彬立刻停止了他的官费，令他马上回国。容闳十分爱惜人才，认为容揆好不容易考上哈佛大学，眼看就要完成学业了，将来肯定是中国的有用之材。他就在暗中帮助容揆，给他留下了一笔钱，嘱咐他一定要完成学业。以后容揆真得成了一名外交官。这种矛盾在陈兰彬和容闳之间发生的越来越频繁。陈兰彬每次都气得向朝廷写信告状，要求撤消容闳的职务。容闳是斗不过这些封建官僚的。他气愤地称陈兰彬是“一个彻头彻尾的孔门弟子，几乎代表一切顽固守旧的保守主义，咬牙切齿地反对每一项改革措施和中国的任何进步事业。”后来陈兰彬请假回国，由区岳良接任正监督。陈兰彬回国后亲自去向总理衙门告状。正巧清政府正决定在美国设立公使馆，就在陈兰彬回国三个月时，清政府下令任命陈兰彬和容闳为正、副大使。
容闳对于这次被升调并不高兴。他暗自在想：难道这么多年来自己一直设计并推行的教育计划就这样中止了吗？这正是陈兰彬等人所求之不得的呀！想到这里，容闳立刻提笔给李鸿章写信，要求朝廷收回这个决定。李鸿章是在曾国藩死后继任总督的。李鸿章接到容闳的信后，认为留学生事务所的工作不能没有容闳，他是能够胜任这项工作的唯一的人选。所以，李鸿章给他亲自回信，要他“以副公使而兼副监督之任”，继续负责留学生工作。
区岳良当了不到一年的留学生监督就辞了职，以后又是吴子登任留学生监督与容闳合作。吴子登与陈兰彬一样是翰林院的翰林，又是陈兰彬的心腹，原来与曾国藩、丁日昌不合。所以，吴子登对他们提倡、创办的事业恨之入骨。自他接任监督后时常寻找机会与容闳作对，并以正监督的职位处处压容闳一头。吴子登认为留学生外出留洋就是离经叛逆的。因此，他百般挑剔，指责容闳纵容、包庇学生剪发、对中国教师不下跪、不礼貌等不轨行为。他向清政府提出结束留学计划、停止留学生事务所、遣返所有的留学生。李鸿章接到吴子登的信后，没有直接给他回信，反而给容闳写了封信。信中要求容闳回信报告留学情况。容闳借此机会揭露了吴子登破坏留学计划的行为。吴子登知道总督给容闳复信的事后稍有些收敛。李鸿章暂时不反对容闳，所以这段时间留学计划才继续进行。
1875年秋，国内已经派出了四批留学生，共120名留学生。由于这些学生家境贫困，都很能吃苦，又勤奋好学，成绩大多是名列前茅的。1880年考入大学或肄业的已有留学生的一半。
第二年，容闳向美国国务院提出输送几名优秀学生入美国军事院校学习的申请遭到拒绝。吴子登认为时机到了，于是趁机再次捣乱。他通过陈兰彬上书总理衙门，要求遣返全部留学生、取消留学生事务所。清政府经慈禧太后批准将全部留学生调入国内，撤消留美学生事务所。
容闳含泪送留学生回国，心里充满悲愤，他真恨自己力量太单薄，拼尽全力也无法战胜封建顽固势力。这次教育计划的夭折主要是因为封建顽固势力的阻挠，同时也与美国政府的排华政策分不开。他期望和奔忙了20多年的事业就这样被断送了。
从1872年我国派出第一批官费留学生到1881年清政府下令遣返回全部留学生经历了9年的时间。除了患病去世和中途辍学的26人之外，其余94名留学生回国后都被派到了重要的岗位。其中有些人成了我国历史上著名的科学家、工程师、政治家。这些留学生回国后把西方的新思想、新文化带了回来，对我国封建社会产生了不少的冲击波。
一些国际国内有识之士都为这次教育计划的夭折而深感惋惜。美国一些名人联合写信给清政府总理衙门，其中美国耶鲁大学校长联合了几十名文化界的名人，给清政府写了一封信。信里这样称赞这些留学生：“自从他们到了美国，“人人都善于利用时间学习”。他们：“成绩极佳”，“他们的道德没有一个人不优美高尚”。他们：“很受美国人民欢迎。”而如今他们“处在学习的重要阶段。对于过去的学习将要取得收获的时候，突然命令他们回国”，就像是“要把过去栽培的鲜花和将要成熟的果实，全部摧毁”。信中希望清政府派人到美国来实地调查。国内爱国诗人黄遵宪专门写诗对这一事情深表遗憾，深为自己国家的前途担忧。
容闳为留学生计划付出了极大的努力，为中美文化交流做出了贡献。他曾受到他的母校耶鲁大学的肯定，特别在1876年授给他法学博士学位。这次教育计划的夭折对他的刺激极大。
