前往台湾
1884年中国与法国因越南的战争爆发，而使得刘铭传被清廷重新启用派往台湾。刘铭传在台湾时多次击败法军登台的计划，在沪尾大捷中最终使法军放弃登台。1885年清廷将台湾从福建分离出来建立台湾省，刘铭传任台湾首任巡抚。到1891年为止刘铭传在台湾设立防御措施，整理军备，同时也在台湾开发和建立了许多基础设施，他督台期间台湾的第一条铁路开通，台湾与福建之间的第一条电缆被铺设，此外他还建立了电报局、煤务局、铁路局等一系列管理机构。为台湾近代化的先驱。但是刘铭传的新政并没有考虑到官吏的廉洁以及台湾本身财政负担的问题，导致台湾省财政负担大幅增加，官员贪污频繁，以及人民的反抗。1889年彰化就曾经因为清田赋问题而爆发「公道大王」施九缎的叛乱。
1891年刘铭传告老还乡，由邵友濂接任。1896年底病逝于故乡。著作有《刘壮肃公奏议》、《大潜山房诗稿》。
今日为了纪念刘铭传担任巡抚内为台湾近代化所做的贡献，许多机关以他为名，包含在台北的铭传大学。
基隆抗登陆作战
刘铭传认为，法军主要的攻击目标是基隆和沪尾（今淡水）两海口，故到台伊始，立即着手重新组织海岸防御：首先在基隆外海口门两山对峙之处，增筑社寮岛，仙洞山和沙湾炮台，阻遏敌舰入口。沪尾除原有沙仑旧炮台，又新筑中仑和油车口两座新炮台，填塞港道口门，阻止敌船突入。其次，由于台湾清军兵力单薄，刘铭传在全台推行团练之制，陆团在内地驻守，渔团在海上巡逻。同时，划全台为数个防区，分兵设将，各负其责。此外，在台北府设支应局，在上海设军械粮饷总局，保障后勤供应。
8月3日，法舰4艘载海军陆战队近千人抵近基隆海口，企图占领基隆及附近的煤矿。刘铭传闻报，连夜从台北府城赶往前线。5日上午8时，法国舰队发炮猛轰各岸防炮台。基隆守军奋起还击，命中法旗舰“拉加利桑尼亚”号和巡洋舰“费勒斯”号。法军因正面攻击不能奏效，改由侧面进攻，连续轰击4个小时，摧毁了基隆诸炮台与火药库。刘铭传下令大部分守军暂退至山后避炮，另一方面以水淹没基隆八斗煤井，焚毁厂房及存煤，不给法舰队补充能源之便。法海军陆战队200余人先后换乘小艇登陆，占领大沙湾附近高地。
刘铭传鉴于法舰火力猛烈。决定待登陆法军脱离舰炮火力支援后。再进行反击。6日上午。他传令诸将到大营商；议破敌之计。众人进屋时。却见他正在吃早饭。满面愁容地对身边幕僚叹息说：“我曾经以数千人破10万军。都得力于唐殿魁和刘盛藻二人。可惜他们都死了。如果这二人还活着。我怎么会忧患法军呢？”一席话说得部将章高元。邓长安高声抗言：我们跟随你也有十来年了。你今逢绝境。我们也义不生还1刘铭传立即放下筷子。站起来握住二人地手。说：“好男儿。勉立功名！唐、刘不得专美于前矣”。随即提出了“诱之陆战。两面夹攻〃地作战方案。并作了具体部署。
下午2时。马丁中校率领“巴雅”号军舰地陆战队员。猛攻清军曹志忠营所据守地田寮港西侧高地。曹志忠营迎头阻击。苏得胜。章高元和邓长安率亲军从东西两面袭击。成三面合围之势。不久。在山巅军旗之下地法军指挥官被清军击倒。全军大溃。伤亡近100人。残部狼狈逃回舰上。许多人落水而亡。
基隆抗登陆作战地胜利。使法国侵略军地嚣张气焰有所收敛。暂时改对台湾北部进行海上封锁。把舰队主力集中于福建水域。8月23日。法军舰队在马尾海战中获胜。清朝福建水师惨遭覆灭。9月30日。孤拔按照法国海军部地指令。率舰5艘（连同先期抵达地“梭尼”号等3舰共计8艘）。陆战队1000余人重返基隆口外。准备登陆后派兵绕袭守军侧翼。夺占狮球岭和基隆城。尔后进犯台北。为了分散守军力量。由利士比率三舰驶往沪尾（淡水）。以攻势行动促使清军主力往援。
＇编辑本段＇沪尾防御
在法军不断增加地军事压力下。刘铭传在台湾地处境日益艰难。但他仍决心孤军抗敌。他判断法军得不到基隆之煤。万难用兵中国。遂决定亲率主力扼守基隆。以孙开华主持沪尾防御。
10月1日晨。法国海军陆战队一个大队在舰炮掩护下。在仙洞山海岸登陆。企图抢占仙洞山顶。安设炮位。配合舰炮掩护步兵沿岸边地山脊绕袭基隆守军侧翼。仙洞山阵地指挥宫毕长和率100余士兵顽强抵抗近2个小时。终于失守。法军从山巅抄袭清军章高元。陈永隆部。并在山顶展开炮队。轰击清军阵地。清军坚守二重桥一带。顶住了法军地攻势。中午。法军另2个陆战大队相继登陆。准备次日继续进攻。这天夜里。刘铭传连续接到沪尾发来地三封告急信。内称：法舰直犯沪尾口门。发炮如雨。新筑炮台全被击毁；形势十分危急。刘铭传考虑到基隆法军舰炮火力占绝对优势。且该地距府城较远。而沪尾距府城仅30里。遂决定放弃基隆。援助沪尾。固守台北。确保全台大局。
刘铭传的这一决策，遭到清廷、清军将士和社会各界的反对。但他力排众议，不改初衷，派人焚毁塞隆煤矿，仅留300人守狮球岭高地，自率主力连夜往援沪尾。
10月2日，法军轻取基隆和狮球岭，因兵力不足，未敢进据基隆港东岸煤矿。刘铭传后来发现沪尾形势尚未明显恶化，即以章高元部增援沪尾，曹志忠部仍折回基隆，在水返脚一带扼守，阻止法军继续南下。
此时的沪尾战场，由于得到4个营增援，实力大增，守将孙开华决心在北岸浅近纵深内利用丛林和高地设伏，待机歼敌。
10月8日上午9时，先后调集到沪尾海口的8艘法舰的舰炮向北岸海滩及守军营地猛烈轰击，掩护陆战队登陆。按照计划，法军应避开丛林，经红炮台山坡绕到白炮台东侧，夺取水雷点火站。但由于法军在滩头没有遇到任何抵抗，便宜扑白炮台。孙开华待敌军接近丛林、立即率两营从正面拦击，并下令埋伏于红炮台山后的章高元部和刘朝枯部从右翼出击。法军以密集火力阻止清军冲锋。章高元等裸身衔刀，大呼突入敌阵，法军退入小山进行抵抗，又突然遭到埋伏在草丛中的台湾“土勇”的攻击，法军惊溃，纷纷向海边逃窜。此战，法军被歼100余人，被俘10余人。此后，法军司令孤拔转而采取海上封锁的手段，围困台湾军民。
从11月7日起，法国侵略军向暖暖、鸟脚峰、石梯岭等地发起进攻，企图将清军逐出基隆河上游北岸的三角地带，扩大前哨阵地。为此，台北清军与当地土勇与法国侵略军展开了长达4个月之久的拉锯战。为了在基隆山地消耗法军有生力量，刘铭传短衣草履亲临前线，深入士卒间吊死问疾，同饮共食，激励士气，一次次打退了法军的进攻。
但是，清军内部在作战方略上的分歧也越来越大。焦点集中在是否“不惜一切牺牲收复基隆，”这个问题上。一方面是清朝廷严旨催促，“务须克复基隆”。另一方面，一部分驻台将领也受人鼓励，擅自用兵。早在11月2日，曹志忠不经刘铭传同意，趁夜领兵仰攻狮球岭九芎坑法军营垒，结果伤亡40余人，被迫撤退。刘铭传认为收复基隆，必须冒险仰攻，易损精锐，所以坚令曹志忠稳扎五堵营卡，切忌图功轻进。
1885年3月1日，湘军王诗正部抵达台北，淮军聂士成部850人也在后山卑陆登陆。援兵的到来，给主张收复基隆的将领官员们增添了信心。4月3日，王诗正擅率大队人马远离阵地寻求决战，企图一举克复失地。但这时法军作战部队已增至3000余人。他们以杜塞斯雷率法军新锐力量1000余人，配属重炮从八斗登陆，突袭月眉山清军阵地。而守军在月眉山、深塽坑17里宽的防御正面上，仅有1400余人分守要卡。前线指挥官曹志忠一面集中700人坚守戏台山，一面飞书向刘铭传告急。5日晨，法军2000人由枕头山、竹蒿山、龙潭堵三路进逼月眉山，清宰伤亡甚众。月眉山顶阵地失守，余部退往基隆河南岸。
夜里，刘铭传急率聂土成部400余人驰赴六堵，扼守台北大道，才使战局稳定下来。16日，法军派工兵数百人架桥开道，试图向河南发展，遭到清军阻击。此后战事遂成胶着状态。
3月24日，清军老将冯子材在中越边境取得了镇南关大捷，促使法国茹费理内阁倒台，并匆匆结束战争。法国侵略军陆续从中国领土上撤走。
＇编辑本段＇台湾防务建设
中法战争结束以后，刘铭传认为台湾是东南7省的门户，需要认真加强防务。他确定了台湾防务建设的原则：以澎湖为前沿，台北为重点。依靠近代化的武器装备和工事。建立独立防御体系，为此，他先后做了四件大事：兴办军器局和军械所，兴筑新式炮台，加强澎湖防务和整顿台湾军制。
台湾孤悬海外，军械全靠大陆供应，一旦敌国封海。难以持久坚守。刘铭传鉴于中法战争中的深刻教训，于1885年7月在台北府城北门外大稻埕建立了军械机器局。后来又在府城偏西地方设立一个军械所。另外，还设立水雷局和水雷营，负责管理和布设水雷。
炮台是海口防御的关键设施。1885年8月，刘铭传下令在台湾各主要海口砌筑坚固的新式炮台，安装新式大炮。到1888年7月，已筑成炮台10座。次年，将31尊阿姆斯特朗后膛岸防炮安置在各新筑的炮台上，加上各种型号的碰雷、沉雷，有效地加强了台湾各主要海口的防卫力量，
刘铭传认为澎湖不独为全台之门户，亦为南北洋之关键，欲守台湾，必先守澎湖，欲保南北洋，亦必先保澎湖。他打算建设一支海军，控制近海制海权，增加台、澎防御能力。因清政府财政拮据，这一建议无法付诸实施。于是，只得以加强岸防能力来弥补：他下令在澎湖修建新式炮台4座，配备17尊阿姆斯特朗后膛大炮，又把澎湖驻军指挥官提升到总兵级，派骁将吴宏洛率3营水师进扎，联络炮台，以助防御，并将唯一的“海镜”号兵舰专拨澎湖调遣。
在加强海防的同时，刘铭传还将台湾的陆营裁汰，整编成35营，全部改用洋枪，仿照欧洲方式进行训练，严格考核制度。台湾的团练也改为常设，设团练总局于台北，各府、县、厅设分局，各乡设团，使之平时维持治安，战时佐助官军御敌。
此外，刘铭传还在台湾铺设铁路，架设电线，发展工商种植送输诸业，推动了经济的发展，也为防务奠定了一定的经济基础。
抱恨终天
1891年6月4日，刘铭传在外国列强与中国封建顽固势力的共同排挤下，离开台湾，被迫辞职返乡。
刘铭传二次隐居之后，仍时时牵挂国防大事，尤其担心日本的侵略扩张。退隐之初，他多次上书李鸿章，请他转告朝廷，对日本为患要多加提防，特别是要加强海军建设。1894年，日本侵略军挑起了中日战争。一些清廷官员考虑到刘铭传系淮军宿将，对日本情况研究颇深，交章奏请起用刘铭传指挥抗日军务，遭到光绪皇帝的师父翁同鲧的阻拦，仅向他询问战守之策。刘铭传亟盼清廷能够重新起用他，驰骋沙场，抗击日军。他立刻复信李鸿章，建议练兵407，一半分屯沿海，一半扼守鸭绿江。不同日军在朝鲜争一城一池，重点保卫东北三省，不使日军越江，而后观敌破绽，相机行事。这一颇为清醒的用兵方略也并未为朝廷所重视。1895年4月17日，丧权辱国的中日《马关条约》签定，将台湾和澎湖列岛割让给日本。这不啻给刘铭传当头一棒。他忧思郁结，旧病增剧。11月下旬，台湾军民抗日斗争失败，日本侵略军占领台湾全部土地。消息传来，刘铭传顿时昏厥过去。
1896年1月12日，刘铭传去世。作为一名有爱国心的沙场老将，最令他抱恨终天的是：不能驰赴疆场，抗击日寇，而是眼睁睁看着多年呕心沥血建设的台湾宝岛被拱手割予日本。
历史评价
台湾建省的提出及其实现，是19世纪70年代初至80年代初海疆危机的一再刺激下促成的，带有明显筹防御外的性质。自建省分治后，全面推行自强新政，加强海防，推动了台湾社会经济的发展，加速了台湾迈向近代化的步伐。首任巡抚刘铭传是清末洋务运动中比较具有时代眼光、革新思想和实干精神的杰出代表人物。在他任职巡抚的六年（1885－1890）中，对台湾的国防、行政、财政、生产、交通、教育，进行了广泛而大胆的改革，全面推进台湾的近代化进程，使台湾的面貌焕然一新。
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