此紧凑的教程安排，一切是为了让这些孩子们早日成长为国家海防的栋梁，成为中国的纳尔逊，对起跑落后的中国海军而言，时间实在是太紧了。通过严格的学院学习生活，这批孩子们大都以优秀成绩毕业，出色地掌握了作为海军军官应具备的理论知识，这使得中国近代海军建设事业的领导人物沈葆桢、李鸿章大感欣慰。但要成为一名合格的海军军人，还需要到大海上去接受惊涛骇浪的磨砺。
1871年，方伯谦和刘步蟾等同学被派上了福建船政水师的风帆训练舰“建威”，扬帆出海，开始北起渤海湾、辽东半岛各港，南至新加坡、槟榔屿的海上实习生活，这艘原本属于普鲁士的风帆轮船，托起了中国海军复兴的希望。1874年，实习结业后，方伯谦被留用在福建，历任“伏波”、“扬武”等舰教习。
这一时间里，中国开始了近代新一轮购买西方军舰的浪潮，为培养一批具有世界水平的海军军官，以及为将来购买大型军舰预作人才储备。经沈葆桢、李鸿章倡首，清政府向英国派出了首届海军留学生，经考核，方伯谦等12人入选，于1877年5月抵英。根据最初的留学计划，中国留学生都将进入世界知名的海军学府——格林威治海军学院学习，但该学校有外国学生不得超过在校生总数20％的规定，因而无法接纳全部中国学生，最终只有方伯谦等6人顺利通过测试入学，刘步蟾等3人因基础较好，直接派入英国舰队实习，剩余的3人因入学考试失败，也被直接派入英国海军实习。在校期间，方伯谦等曾多次前往中国使馆作客，热情的中国首任驻英公使郭嵩焘在私人日记里记录了对这些留学生的观感，其中认为方伯谦为人聪明，喜好发议论，表现欲强，但稍嫌轻狂。而同往的萨镇冰等则稍嫌内向。由此，我们可以初步了解这位将来的“济远”舰管带的性格。
1878年6月，方伯谦以优异成绩毕业，被派入英国东印度舰队旗舰“恩延甫”号（HMS Emryafus）实习，学习驾驶等技术。次年，方伯谦个人提出要求，改登“士班登”号（HMS Spartan）军舰实习，显示了善于表现自我的性格。1880年5月，留学期满，仍回福建任职。留学生洋监督斯恭塞格对方伯谦的评价是“聪明谙练”，这种“聪明”在之后的日子里还将被表现得更加淋漓尽致。
1881年，因外购军舰大量来华，舰队规模日大，北洋海防对人才的需求越发迫切。直隶总督李鸿章，遂从中国近代海将的摇篮——福建抽调了大批海军人才，船政学堂科班出身，且经历英国皇家海校深造的方伯谦，与有着同样背景的林泰曾、叶祖珪、林永升等被调入筹建中的北洋水师。这些被李鸿章视为子弟兵的年轻人，后来大都成长为北洋海军中的骨干力量。
方伯谦调入北洋后，首先担任新购的蚊子船“镇北”号管带，次年调任“镇西”号管带，旋又改任“威远”号练习舰管带，负责舰队新兵的训练。1884年，中法战争爆发，“威远”留守旅顺，向来习惯表现自我的方伯谦请命在旅顺险要处修筑炮台，并亲自监督建成，命名为威远炮台。后有论者以为威远炮台建造费用省廉，仅为数千两银，大大低于汉纳根督造的黄金山等炮台，而褒誉方伯谦施工有方，节省了大量费用。这种结论是错误的，因为它只看到了结果，却忽视了导致此结果的原因。威远炮台装备的火炮均是从“威远”舰拆卸借调而来，武备一项根本就不用开支，而且从保存在中国第一历史档案馆的旅顺口澳、炮台工程全图来看，威远炮台在整个旅顺炮台群中规模最小，只是一个简易工事，所需经费自然不能与装备大量新式克虏伯大口径火炮的大型炮台相提并论。
1885年，借中法开战，中国无暇东顾之机，日本在朝鲜半岛挑起了“甲申事变”，北洋水师统领丁汝昌率舰队赴朝平乱，方伯谦指挥“威远”舰也随队参加了对朝行动。尽管在整个事件中，“威远”并未有任何突出表现，但方伯谦事后受到了北洋大臣的特别嘉奖，遂被任命为新购的“济远”号穹甲巡洋舰，经丁汝昌推荐，李鸿章又以援护朝鲜有功，奏保方伯谦，升补游击，赏戴花翎。短短4年多时间，方伯谦获得了当时普通中国武官梦寐以求的荣誉和地位。
好运仍在继续，1888年北洋筹备海军建军事宜，方伯谦又破天荒地越过刘步蟾等高级将领，被调用天津，参与《北洋海军章程》的修订事宜。翌年，再升一级，经李鸿章奏保，升署北洋海军中军左营副将，1891年，又获“捷勇巴图鲁”勇名，优遇以极矣。
现代人可能很难理解方伯谦为何在短短数年内，能一路青云直上，细数一下北洋海军内军官的构成情况，就不难发现答案。
北洋建设海军之初，中国所储备的现成海军军官人才，大都是福建船政学堂毕业的学生，籍贯基本集中在闽省。这批人员后来被李鸿章大量调入北洋海军，因为学习早、资历较深，很多人又有留学西方的经历，后来北洋海军的中高层军官基本都是这批人员。李鸿章对于外省人员大量涌入自己一手创办的海军，自然充满顾虑，然而出于人才难得考虑，又不得不如此。为驾驭这批外省籍军官，牢牢控制北洋海军，李鸿章选用非海军出身，但是立有战功，人品素著，善于调和诸将的安徽籍陆军将领丁汝昌担任北洋海军提督。对此一任命，北洋海军中一部分科班出身的闽籍中高级军官大为不满，遂结党暗中抵制，处处要挟、为难丁汝昌，企图取丁而代之，这派军官史称闽党，以北洋海军右翼总兵刘步蟾为首，至于军阶在刘之上的左翼总兵林泰曾，虽也是闽人，但因性格内向、懦弱，风头早被刘步蟾压过，这批军官是丁汝昌始终无法真正驾驭的，丁汝昌必须树立外省力量，以平抑闽党影响，维护自己的指挥。但在闽党之外，北洋海军高级军官中少有的外省人，“致远”舰管带广东人邓世昌，为人朴诚、敢为，与闽党格格不入，但终因性格过于刚烈，不谙官场之道，也难以被予以重用。而向来以“聪明”著称的方伯谦，虽然对于提督一职也充满欲望，但与闽党的不合作方法不同，方伯谦走的是一条捷径，对高层采取积极合作态度。这位闽系军官中的特例，且又具备近代海军知识的人物，深受李鸿章亲睐，被李鸿章、丁汝昌倚为控制北洋海军的左右手，因而一再得到升迁、重用。（按，当时由闽籍军官担任舰长的军舰上，中级军官大都是闽人，唯独邓世昌与方伯谦二人的军舰上，有大量外省的中级军官）
一路扶摇而上的方伯谦，官场春风得意的同时，私人事业也不断发展。根据其自撰的益堂年谱记载，方伯谦先后在大沽、烟台、威海、上海等地置办有房产，每到一港，必移其家眷到彼居住。而且在购置房产的同时，也陆续娶了几房小妾（其中一房纳于为父治丧期间），当中年龄最小的一个仅16岁。虽然，北洋诸将多有置地购产之举，但像方伯谦这样大肆行事的，实在少见，而像方这样热衷纳妾的，更是绝无仅有。作为一名军人，过于贪图财富及享受，不禁令人担心他在生死抉择时的权衡取舍。方伯谦的行事与终日以军舰为家的邓世昌，何啻于天壤之别。
作为一家之主，方伯谦成功地把生活安排的有声有色；但于国家而言，方的身份是一名海军军官，军人的价值需要在战争中体现。
1894年，中国农历甲午年。朝鲜爆发东学党起义，随着局势逐渐失控，朝鲜政府向宗主国——中国求援。经反复权衡，清政府决定派兵入朝，协助镇压起义，而对半岛垂涎已久的日本，也借此大举派兵入朝，局势异常紧张，战争一触即发。
清政府决定派兵入朝后不久，“济远”舰受命与“超勇”一起，护送陆军前往朝鲜登陆，方伯谦被任命为编队队长，可见对方的倚重程度。当见到仁川、牙山港内日本军舰穿梭往来，大战势难避免的情形后，方伯谦遂上书李鸿章，提出5条建议，其中与海战有关的有2条：一是建议北洋在朝军舰应该撤回威海、旅顺，以厚集力量；第二条则是要求添购快船快炮，说以这样震慑日本海军。均属泛泛之谈，并无任何实际意义。但是方伯谦以副将之衔，居然能直接上书大学士、北洋大臣、直隶总督李鸿章，此点就比较耐人寻味了。
1894年7月23日方伯谦再度作为队长，率穹甲巡洋舰“济远”、鱼雷猎舰“广乙”、练习舰“威远”抵达朝鲜牙山，护卫运兵船。24日晚5时半，正当“济远”、“广乙”等舰在协助陆军登陆时，前往仁川送交电报的“威远”带来日军已攻占朝鲜王宫的警讯，方伯谦遂下令武备薄弱的“威远”号练习舰立即返航回国，而“济远”、“广乙”则待陆军登陆完毕后从速开驶回华。
7月25日清晨4时，夜色尚未完全褪去，方伯谦指挥“济远”、“广乙”匆匆起锚，航向中国。5时半，“济远”桅盘内的哨兵发现西方地平线上出现几缕黑烟，随着时间推移，黑烟下的军舰渐渐清楚，7时整，哨兵已经分辨出高速驶来的是日本海军的“吉野”、 “秋津洲”、“浪速”3艘实力强劲的穹甲巡洋舰，此时此地与日本舰队相遇，空气骤然紧张。
7时15分，方伯谦下令编队准备御敌，“济远”、“广乙”二舰上随即开始作战准备，随着军官们大声的口令，主炮上的缚定装置被松开，黑洞洞的炮管伸出炮门，弹药库里也忙碌起来，一颗颗巨大的炮弹、一个个包装着发射药的木筒通过复杂的扬弹装置，从甲板底层的弹药库里被提上甲板，军乐队的乐童们则两两组队，抬着弹药奔向那些无法从弹药库直接获取弹药的炮位。
当时日本舰队处于丰岛附近的的狭窄航道，不利于展开作战，便向右偏转16度，向东航行。看见日本军舰掉头驶去，方伯谦和2舰上的官兵不由得松了口气，但很快，3艘日本军舰航行到开阔水域后