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1883年，撰《火器真诀释例》，书稿被荐于湖北巡抚彭祖贤，得彭刊印，并调经心书院学习。29岁中举，张之洞以“博学异才”奏荐，由直隶总督李鸿章委为天津武备学堂算学总教习。1887年起先后任直隶省赞皇、南宫、定兴、丰润知县。在丰润疏浚黑龙、泥、沙、陡等四河各30余里，筑还乡河决口5里余，修堤20余里，并亲自勘测飞施。义和团进入丰润县境，卢表示“吾誓死于正命，决不从匪以幸生”，并致书友人托付后事，以是获清廷赏识，1900年破格擢主多伦诺尔厅，凡二年，得拥巨资。1903年，任保定关东大学堂监督。1905年率领直隶官绅赴日本考察教育。次年出任直隶提学使，先后办蒙养院，建立天津、保定、奉天图书馆，兴办师范、法政、农、工、商、医、美术、水产等专科学堂数十所，官立中小学数百所。主张办学要“守尚武、尚实、尚公之典，植德育、智育、体育之基”；多聘用教师“为事而择人，不为人误事”。时清王府示意捐巡抚，拒之。随即调奉天提学使。燥兵民国时期员局趋，无意仕途，在天津、山海关、秦皇岛、海口、北京等地广置地产，同时投资开滦煤矿，启新、济安凶巴姜洪自来水厂，耀华玻璃公司，张家口电灯公司。1916年在天津办卢氏小学(后命名木斋学校)，1925年在北戴河捐资办单庄小学。并捐款在家乡仙桃镇汉江南岸修筑矶头，抵御洪水，人称“卢公矾”。1927年捐款10万元兴建南开大学图书馆嘱只捆虹府重(后命名为木斋馆符多虹泪漏)[2]，并捐书1乌讲0万余卷。后又为清华大学捐书1600余部、23000多册。1947年捐款为北京大学建数学研究所。次年9月殁于北平，终年92岁。卢八十初度曾请出监护人，预立遗嘱：“死后遗产全部用于教育事业，不传子孙”。
所刊严复译《天演论》，为我国最早版本，《慎始基斋丛书》11种、《湖北先正遗书》720卷、《沔阳丛书》百数十卷，合称卢刻三大丛书。著有《万象一元演式》、《割圜术辑要》、《叠微分守卜草》、《求级数捷法》、《代数术补草》、《微积溯源补草》、《代微积拾级补草》等篇。