四年，曾國藩督師剿捻軍，主用淮軍。淮軍自程學啟歿後，銘傳為諸將冠。調駐濟寧，尋分重兵為四鎮。銘傳移駐周家口，迭破敵瓦店、南頓、扶溝，改為移擊之師，擢直隸提督。援湖北，克黃陂，追敵至潁州，大敗之。銘傳建議平原追敵不能制其死命，乃築長隄，自河南至山東運河，驅敵沙河以南蹙之。工甫竣，豫軍防地為敵所破，乃分軍追剿，破之於鉅野。捻酋張總愚竄陝西，任柱、賴文光留山東，自此分為東西。
李鴻章代國藩督師，銘傳專剿東捻，東至鄆城，西至京山，大小數十戰。六年春，敵走尹隆河，與鮑超約期會擊。銘傳先期至，戰失利，部將唐殿魁死之。休屯信陽，整軍復進，追敵至山東。復議自運河至膠、萊，長圍困敵，杜其西趨。時兵、敵俱疲，朝命督戰益急，鴻章專倚銘傳。八月，解沭陽圍。戰贛榆，購降敵內應，槍斃任柱於陣，敵大潰。邀擊[濰縣、壽光，薄之洋河、瀰河之間，殲敵幾盡。賴文光走揚州就擒，東捻遂平。國藩、鴻章 奏捷，論銘傳為首功，予三等輕車都尉世職。以積勞致疾，乞假去軍。
七年春，張總愚突犯畿輔，急起銘傳赴援，以遲緩被譴責。及至東昌，會諸軍進剿鹽山、滄州、德平，仍用長圍策，蹙之運河東，縱橫合擊，殲敵殆盡，總愚走茌平，陷水死。西捻平，錫封一等男爵。詔屯張秋，九月，命督辦陝西軍務。率唐定奎、滕學義、黃桂蘭等搜剿北山回匪，疏陳大勢，引病乞罷，歸里。
光緒六年，俄羅斯議還伊犂，有違言，急備邊。召銘傳至京，疏陳兵事，略謂：「練兵造器，固宜次第舉行，其機括則在鐵路。鐵路之利，不可殫述，於用兵尤為急不可緩。中國幅員遼闊，防不勝防，鐵路一開，南北東西呼吸相通，無徵調倉皇之慮，無轉輸艱阻之虞，從此裁兵節餉，併成勁旅，一兵可得十兵之用。權操自上，不為疆臣所牽制，立自強之基礎，杜外人之覬覦，胥在於此。」疏上，雖格未行，中國鐵路之興，實自銘傳發之。
撰有《大潛山房詩鈔》一卷[二]。