Thi đỗ cử nhân năm 1868, một năm sau đó Bùi Viện cùng em trai Bùi Phủng vào Huế dự kỳ thi hội nhưng cả hai anh em đều không đỗ. Ông đã từ bỏ khoa danh, ở lại Huế nhận một chức quan nhỏ theo giúp việc quan đại thần Lê Tuấn đang là người có tư tưởng canh tân và giữ vị thế trọng yếu trong triều đình Tự Đức. Là một người hành động, sớm bộc lộ tài năng và chí hướng nên Bùi Viện đã được Lê Tuấn tin dùng.

Vào thời điểm Bùi Viện ra làm quan thì cuộc vận động canh tân đất nước trong giới sĩ phu đã có khá nhiều tác động với triều đình Huế. Tiến sĩ Doãn Khuê (1813 -1885), quê làng Ngoại Lãng (Vũ Thư) là một trong những người có tư tưởng canh tân được bổ dụng làm doanh điền sứ Nam Định phụ trách việc khẩn hoang vùng duyên hải từ Hải Dương đến Ninh Bình. Khi Doãn Khuê nhận chức này thì Lê Tuấn đã tiến cử Bùi Viện ra trợ giúp việc kiến tạo một cửa biển cho xứ Bắc Kỳ theo lệnh của triều đình.

Bấy giờ, vấn đề mở một cửa biển cho xứ Bắc Kỳ đang có những ý kiến khác nhau. Đã có ý kiến đề xuất nên mở cửa biển Trà Lý, cách làng Trình Phố của Bùi Viện vài quãng đồng. Nhờ nắm rõ thung thổ, Doãn Khuê đã làm tập tấu trình với nhà vua là ở cửa biển Trà Lý về thổ nhưỡng, địa hình và thủy triều không mở phố, lập cảng được. Tiếp đó nha Thương bạc lại có tờ tâu xin mở 3 cửa biển để thông thương là Trà Lý, Ba Lạt, Đồ Sơn. Cả 3 cửa biển này đều nằm trên tuyến bờ biển do nha Doanh điền Nam Định phụ trách việc khai hoang. Bằng con mắt tinh tường, nhìn xa trông rộng của mình, Bùi Viện đã đề xuất chọn Ninh Hải khi đó chỉ là một thôn nhỏ lác đác vài xóm nhà tranh của dân chài, ở gần cửa Cấm để khai mở thành hải cảng và ông đã được giao việc xây dựng ở cửa biển này. Được giao trọng trách hợp với sở đắc, sở trường, Bùi Viện đã thỏa chí đem hết sự hiểu biết của mình về đất và người vùng biển, đứng ra tổ chức công việc xây dựng một thương cảng. Chỉ sau một thời gian ngắn, bến Ninh Hải đã trở thành một cửa biển sầm uất có đường đi lối lại trên bộ dưới nước giao thương thuận tiện, có đồn phòng thủ mang tên Hải tần phòng thủ (Hải Phòng) giữ gìn trật tự an ninh và nha Thương chính thu thuế các tàu thuyền ra vào. Chính từ sự kiện này nên có nguồn thư tịch đã tôn vinh Bùi Viện là người sáng lập cảng Hải Phòng.  

Tháng 7 năm Quý Dậu (1873), vua Tự Đức phái Bùi Viện ra nước ngoài tìm hiểu tình hình với ý đồ dựa vào một nước khác để ngăn cản âm mưu lấn chiếm toàn cõi Việt Nam của Pháp. Nhận sứ mệnh hệ trọng này, Bùi Viện đã cùng với mấy nhân viên tùy tùng dong buồm từ cửa Thuận An (Huế) vượt biển tìm đến Hương Cảng và ông đã nhanh chóng kết thân với một số nhân sĩ tiến bộ người Trung Quốc rồi trở thành bạn tâm giao với viên lãnh sự Mỹ ở Hương Cảng. Vào thời điểm ấy, nước Mỹ đã kết thúc cuộc nội chiến 1861 - 1865 và xóa bỏ chế độ nô lệ. Dư luận ở Hương Cảng đang coi nước Mỹ như một tấm gương đấu tranh cho con người tự do. Chính điều đó đã làm cho Bùi Viện quyết chí tìm đến nước Mỹ để mưu nghiệp lớn. Nhờ viên lãnh sự Hoa Kỳ viết thư giới thiệu, chỉ đường, Bùi Viện đã đáp tàu biển qua Nhật rồi từ đó vượt trùng dương sang Mỹ. Trên đất Mỹ xa lạ, sau gần một năm trời kiên gan vận động, cuối cùng Bùi Viện cũng đã được tổng thống Gơ-răng tiếp và hứa giúp đỡ nhưng với điều kiện ông phải trở về nước lấy quốc thư đưa sang để có danh nghĩa chính thức ký kết. Từ Oa-sinh-tơn, Bùi Viện lại lênh đênh vượt đại dương trở về Huế tâu trình sự thể để lấy quốc thư. Năm 1875, Bùi Viện trở lại Hoa Kỳ, ông được tổng thống Gơ-răng tiếp lần thứ hai nhưng lần này bị từ chối việc giúp đỡ Việt Nam như đã hứa. Có lẽ, qua thăm dò, giới chức Hoa Kỳ thấy vị trí của Pháp ở Việt Nam đã được củng cố, không dễ gì Mỹ có thể thế chân được.

Sự kiện Bùi Viện được cử ra nước ngoài để mưu cầu sự ủng hộ Việt Nam kháng Pháp đã không sang nhà Thanh mà đến Hương Cảng để tìm đường sang Mỹ là một biểu hiện của tư tưởng canh tân và là một hành động hoàn toàn mới mẻ của một nhà Nho đã thoát vòng cương tỏa của Nho giáo. Có thể coi việc không muốn dựa vào sự ủng hộ của Trung Hoa, không nghi kỵ, bất hợp tác với phương Tây là tầm nhìn xa trông rộng, là trí tuệ, bản lĩnh vượt thời đại của Bùi Viện.

Mặc dù chuyến công du không thành công nhưng khi Bùi Viện về nước đã được thăng lên chức Tham biện thương chính. Ở cương vị này, ông đã dâng sớ xin triều đình cho làm gấp hai việc lớn là mở mang đường thủy, đào sông, mở cảng biển, bến sông để khuyếch trương buôn bán và lập thủy đội tiễu trừ giặc biển bảo vệ thuyền buôn đi lại ngoài khơi, từ đó gây dựng thành lực lượng thủy quân hùng mạnh cho nước nhà.

Tháng 8/1876, Tự Đức lại giao cho ông trách nhiệm tổ chức nha Tuần tải và cử làm Chánh quản đốc trực tiếp phụ trách. Bùi Viện đã dốc tâm dốc sức thực hiện hoài bão lớn làm chủ biển khơi và đề xuất thành lập đội tuần dương quân có thuyền chiến, vũ khí, lương bổng do triều đình cung cấp kết hợp với việc vận động các tàu buôn đóng góp tài chính để xây dựng. Tuần dương quân do Bùi Viện sáng lập có hơn 2.000 quân, khoảng 200 chiếc thuyền lớn, chia làm 2 đoàn với nhiệm vụ vừa tuần tiễu suốt miền duyên hải vừa chốt giữ các cửa biển trọng yếu, vừa hộ vệ cho các thuyền buôn. Từ khi có tuần dương quân hoạt động, bọn hải tặc một thời tung hoành trên miền duyên hải cũng phải co cụm lại, hoặc ra hàng, hoặc nằm im. Việc buôn bán lưu thông tăng lên. Tiếp đó, Bùi Viện đã lập ra Chiêu thương cục như một công ty buôn bán lớn có một nửa số vốn của triều đình, chuyên tổ chức việc buôn bán với Trung Quốc, tiêu thụ nông sản của các miền trong nước đem sang Trung Quốc bán, rồi mua hàng về bán buôn cho các nhà buôn nhỏ ở các tỉnh.

Xót thay, tài hoa bạc phận. Khi chớm vào tuổi 40, tài năng đang chín, chí khí đang hăng thì Bùi Viện đột ngột từ trần vào ngày 2 tháng 1 năm Mậu Dần (1878). Nghe tin ông qua đời, các bậc danh sĩ ở cả ba miền đã có khá nhiều văn tế, đối liễn phúng viếng, tụng ca và tiếc thương, trong số đó, Tam nguyên Yên Đổ Nguyễn Khuyến (1835 - 1909) là người bạn đồng môn tri kỷ của ông đã có câu:
“Vi sở bất năng vi, đàm tiếu không lưu hoàn hải khí
Cố bất thất vi cố, cầm thư khước ức thiếu niên du”
Tạm dịch là:
“Làm việc chẳng ai làm, dọc đất ngang trời, trơ chí lớn
Không người làm bạn cũ, ôm đàn mở sách nhớ tình xưa”

Gần một thế kỷ qua, nhiều công trình nghiên cứu trong và ngoài nước đã khẳng định trong canh tân ở nửa cuối thế kỷ XIX, Bùi Viện xứng đáng được ghi nhận là người có chí lớn, có đầu óc thực tiễn và khả năng hoạt động thực tiễn phi thường. Ở Thái Bình quê hương ông và Thành phố Hồ Chí Minh, Huế, Hải Phòng… đã có những đường phố, những ngôi trường mang tên Bùi Viện. Di sản mở mang cảng biển, bến sông, giữ gìn trị an trên biển để bảo vệ chủ quyền và đẩy mạnh khai thác kinh tế biển của Bùi Viện để lại đang được kế thừa và phát huy cao độ ở thời kỳ hội nhập.

Nguyễn Thanh