這時，曾國藩心力交瘁，憂思難眠，雖然他曆來維護名教，對洋人的異教有看法；雖然他也知道，從根子上看“曲在洋人”；雖然他一萬個明白，隻要維護天津民眾，就會被舉世稱為大英雄，而為洋人查凶手，“雪洋人之冤”，就會遭萬人唾罵，甚至像秦檜一樣，遺臭萬年。然而，此時的情況，卻由不得他了。他致書通商大臣崇厚，表示“有禍同當，有謗同分”；又給兒子留下一封長長的遺書；還將駐紮在保定的劉銘傳軍四千人調來靜海，隨時聽候進津彈壓；萬般就緒後，他發出“諭天津士民示”。曾國藩準備冒天下之大不韙，舍命去查辦這一樁大案了。
天津教案令當時“市忠憤之名於天下”的清議派歡欣鼓舞。有人主張立即向法國宣戰；有人建議依靠民眾的義憤，一鼓作氣，閉關絕使，驅逐洋人出中華；當時的內閣中書李如鬆還說，要趁此機會，焚盡在京的使館，殺盡在京的洋人。與此同時，西方列強也在磨刀霍霍，各國軍艦麇集海口。一位法國海軍提督揚言：“十數日內再無切實答複，定將津郡化為焦土。”一位英國外交官也說：“天津教案，當時若將津郡地方全行焚毀，可保後來無事。”論實力，當時中國遠不是英法的對手。形勢萬分急迫，曾國藩處兩種力量的夾擊之中。
擺在他麵前的任務，首先是通過調查取證，認定事實。當時，朝野上下都相信洋人挖眼剖心做藥材的傳說，內閣學士宋晉奏稱：“仁慈堂有壇子裝幼孩眼睛。”連清廷給曾國藩的上諭中也說：百姓焚毀仁慈堂時，得了許多人眼人心，交給崇厚，崇厚隱瞞不報，都銷毀了。傳聞必須查證，逐一落實。
曾國藩的調查結果表明：王三雖然曾經供認授藥給武蘭珍，然而時供時翻，其籍貫也與武蘭珍說的不同，又拿不出受教堂主使的證據；仁慈堂現有孤兒一百五十名，經逐一詢問，無一人係拐賣而至；教堂掩埋的童屍都有心有眼，“迷拐幼兒，挖眼剖心，有眼盈壇”之說，訪之城內外，全係聽聞，無一人能指實。