詹天佑和他的同学回国以后，来到天津，清政府的北洋大臣李鸿章接见了他们。接见罢，李鸿章就传令这批留学生暂住天津，听候分配。
詹天佑借这个机会，去看望了天津水师学堂的教官严复。严复是位有正义感的人，詹天佑把他奉为精神上的老师。两人一见，格外投机。詹天佑向他表白了自己立志改变祖国落后状况的决心，他对严复说：“改造中华，匹夫有责，我愿将一腔热血献给祖国！”他的崇高志向，受到严复的赞许。
谁知分配名单一公布，大出人的意料：詹天佑被分配到福州船政局水师学堂，去学习海船驾驶。这如同给了詹天佑当头一棒。他痛苦地感到：学非所用，多年的功夫白费了，多年理想破灭了。
就在他痛不欲生的时候，严复来了。他劝导詹天佑说：“朝廷腐败，权贵当道，无法论理，还是忍耐前往。借此机会，可以多读些中外科技典籍，将来会有出头之日的。”
詹天佑感激严复关怀，他对着知己，无比悲愤地说：“偌大之中华，需人才迫在眉睫，有真才实学者被贬到异地，饱食终日者独占显位，我之中华何日能改变任人宰割的状况啊！”
经严复再三劝说，詹天佑只得忍气吞声去福州水师学堂报到。
詹天佑来到水师学堂后，了解到这里是培养海军军官的，他想：“这也是个学习的好机会。”
他学习海船驾驶技术非常刻苦，每次作业都十分认真。一年之后，他以第一名的成绩取得了毕业证书，随之被分配到福建水师的旗舰“扬武号”上担任驾驶官。
1884年，中法战争爆发了。这是法国侵略者妄图在中国建立他的殖民地的战争。
法国海军大将孤拔率领由13只军舰组成的舰队，向福建的马尾港开来。当时许多爱国将士主张抵抗，但是，把持军事大权的李鸿章一伙害怕法国侵略者，一心希望议和。他命令水师，不要阻挡法国军舰开进马尾港，并说：“不许动手开炮，不然，就是打了胜仗也要杀头。”
如此失职辱国的“军令”，死死地捆住了福建水师的手脚。我海军将士，眼睁睁地看着法国军舰耀武扬威地开进了闽江口。
这时，福建水师的11只军舰，全部停在港内。詹天佑敏锐地看到了形势的严重。他悄悄地告诉“扬武号”旗舰的管带（舰长）：“来者不善，善者不来，法国兵舰气势，居心叵测。我水师虽然奉到命令，不准先开火，然而防贼之心不可无，一定要做好还击准备，否则，法国兵舰一开炮，我舰措手不及，必将全军覆没。”
管带张成觉得詹天佑的分析有理，便郑重地说：“你说得对，有备无患，绝不能任人宰割。”
他下令全舰官军注意监视，提高警惕，做好战斗准备。
果然不出所料，1884年8月23日，法国军舰乘福建水军麻痹之机开了火。立时，有几艘舰中炮起火，情况十分危急。
“扬武号”兵舰上的爱国官兵在詹天佑的带领下，立即还击，与敌舰展开激战。敌舰派出五只军舰围攻“扬武号”，詹天佑面无惧色，鼓舞官兵说：“弟兄们，为国捐躯之时到了。打！狠狠地打呀！”
他凭着自己平时苦练出来的高超驾驶技术，稳健沉着，与敌舰周旋。鏖战了5个小时又45分钟，已打伤打沉了几只敌舰。正在敌舰惊慌失措之时，“扬武号”不幸被敌舰施放的水雷打中，舰帮进水，舰体下沉。在这生死攸关的时刻，詹天佑让管带和船员乘救生船迅速离开，自己则凭着平时练就的本领，尽量延缓军舰下沉速度。直到全舰官兵全部安全撤退后，他才纵身跃进大海，奋力游到岸上。
