九月初三日（9月28日），道光帝决定将林则徐和邓廷桢交由刑部严加议处，并要求二人留粤备查。初八日（10月3日），林则徐和邓廷桢被革职。十一月，琦善抵达广东，废除战备，并与英军私下签订《穿鼻草约》。
道光二十一年（1841年）正月，林则徐反对琦善求和，并与邓廷桢一道奔走内河要隘，筹议战守。正月初十日（2月1日），义律宣布占领香港。林则徐说服怡良上奏揭露琦善的真相，导致琦善被革职并被押解进京。此时，英军已突破虎门防线，威胁广州。林则徐自筹经费，招募福建壮勇防守。三月，靖逆将军爱新觉罗·奕山到广东主持战事，但并未采纳林则徐的防御建议。
四月二十一日（6月10日），林则徐抵达浙江镇海军营。他提供炮书，协助镇海炮局研制新式火炮，并改造炮台和防御工事。五月初十日（6月28日），道光帝将广州战败责任归咎于林则徐，指责他在任时未积极筹划防务。随后，林则徐被革除四品卿衔，发配伊犁“效力赎罪”。
林则徐在赴戍途中，于七月经京口（今江苏镇江），遇见老友魏源，赠送《四洲志》等资料，并嘱咐其撰写《海国图志》。八月，因黄河在河南开封祥符决口，酿成水患，林则徐奉旨前往祥符工地“效力赎罪”。道光二十二年（1842年）二月，河工竣工后，林则徐仍被遣戍伊犁。在与妻子告别时，林则徐写下“苟利国家生死以，岂因祸福避趋之”的诗句，表达了他为国为民的决心。
十一月初九日（12月10日），林则徐抵达伊犁，并将赴戍途中的经历记录在《荷戈纪程》中。在新疆期间，他继续关心东南战事，并写下许多爱国抗战的诗篇。他带病研究新疆史地，探讨防边强边之策。
道光二十三年（1843年）秋冬，林则徐协助伊犁将军布彦泰办理阿齐乌苏废地垦务。道光二十四年（1844年）五月，林则徐自请捐资修建阿齐乌苏荒地的龙口水渠。九月，工程竣工后，经布彦泰奏请，林则徐被派往库车、阿克苏等地勘察开垦事宜。次年（1845年）二月起，林则徐历时三万里，历勘库车、阿克苏、乌什、和田、喀什噶尔、叶尔羌及伊拉里克、塔尔纳沁等地，倡导兴修水利，在伊犁开辟了五十七万八千余亩荒地，并推广坎儿井和纺车技术，被当地人民称为“林公井”和“林公车”。
通过实地考察，林则徐意识到沙俄对新疆的潜在威胁，向驻边大臣呼吁加强边防，绘制边境卡伦地图，并建议实行兵农合一制度，增强边防力量。
八、再获启用
道光二十五年（1845年）九月，林则徐被释放回京，并以四五品京堂的身份候补。同年十一月，清廷重新起用林则徐，任命他以三品顶戴署理陕甘总督。这一任命标志着林则徐的政治生涯再次迎来转机。
道光二十六年（1846年）四月，林则徐被正式任命为陕西巡抚，并于同年七月抵达陕西上任。此时的陕西正处于社会矛盾尖锐的时期：鸦片战争期间，清廷为筹集军费，调拨陕西征收的盐税，并强令陕西捐款一百多万两白银；鸦片战争后，清廷向外国侵略者支付赔款，陕西再次承担了沉重的负担；加之陕西多地接连发生灾荒，导致民众生活异常艰难。在这样的背景下，渭南、富平等地的“刀客”与当地回民联合起来，掀起了反抗官府的斗争。
林则徐接任陕西巡抚后，首先向朝廷上书，指出陕西地理位置特殊，容易成为不法分子的藏身之地，并表示决心将“除暴安良”作为首要任务。林则徐针对刀客活动，采取了一系列措施。他首先对地方官吏进行教育，增强他们打击犯罪的信心，然后亲自督办“马得讽纠众夺犯伤差案”。在这一案件中，林则徐不仅将首犯马得讽判处死刑，还对其他参与者进行了严厉处罚，以震慑潜在的犯罪分子。到年底，林则徐在关中东部门县以及陕北安塞等地，共缉获了一百四十六人，并对其中四十六人进行了严厉惩处。道光帝对此表示赞赏，朱批称赞林则徐“所办甚好”。
在镇压刀客之后，林则徐采取了一系列赈灾措施。他将西安府等地的一百多万石粮食向贫民平价出售，并对无力购粮的极贫户与老弱病残者进行官方收养。他还鼓励绅商富户出资出粮救济贫困人群，并命令地方官员与富户购买、质押耕牛，以确保春耕顺利进行。林则徐还向朝廷呈递《被旱各属分别缓征折》《咸宁等十二州县应征粮石展限奏销折》，请求朝廷缓征钱粮。为了从根本上解决灾荒问题，林则徐还筹划兴修关中水利，并命令陕西督粮道张集馨研究《关中胜迹图志》，提出具体的水利工程方案。但由于费用巨大，这一计划未能实现。
通过上述措施，林则徐有效地稳定了陕西的局势。道光二十七年（1847年）三月，林则徐被任命为云贵总督。次年（1848年），他采取了“但分良莠、不分汉回”的方针，赴大理镇压保山汉族地主武装打劫京控要犯、屠杀回民的抗官暴乱，并制止了回汉之间的冲突。同年七月，由于林则徐在维护云南边境安定、镇压反抗方面表现出色，他被加授为太子太保，并赏戴花翎。
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