Xuất thân trong một gia đình nghèo nhưng có truyền thống hiếu học, từ nhỏ Nguyễn Thành Ý đã biết tự học và mở mang vốn sống cho mình. Năm 1843, Nguyễn Thành Ý thi đỗ cử nhân tại trường Thừa Thiên. Năm này, trường Thừa Thiên lấy đỗ 39 người. Đến khi đệ quyển trình lên, vua Thiệu Trị bảo Nội các rằng: “Trường Thừa Thiên lấy đỗ, phần nhiều người trẻ tuổi, trước ta vẫn ngờ là lấy lạm, đến khi duyệt quyển thi, thấy có người nhiều lần đỗ Tú tài, có người đời đời nhà có khoa hoạn, có người tuổi còn trẻ mà văn già dặn, mới biết gần đây văn học ngày một tiến, mà tỉnh Quảng Nam lại càng thịnh hơn, ta rất mừng và yên lòng!”. Chính khoa thi đó, Quảng Nam đỗ 8 người gồm: Lê Hữu Lễ, Lương Văn Nhã, Nguyễn Duy Tự, Phạm Tân Hồng, Huỳnh Kim Côn, Nguyễn Vĩnh Trinh, Lê Vĩnh Khanh và Nguyễn Thành Ý.
Lúc làm quan tại triều, một hôm, nhân có sứ nước Vạn Tượng qua triều cống, vua Tự Đức ra lệnh cho các quan làm thơ ca ngợi cảnh thái bình. Khi các quan dâng thơ lên, vua chỉ xem mấy bài của các quan đại khoa, đến hồi cuối mới xem những bài khác. Đọc đến bài của Nguyễn Thành Ý, vua Tự Đức phải thốt lên “Trẫm không ngờ Nguyễn Thành Ý lại làm thơ hay đến thế!”. Nhờ vua Tự Đức biết qua tài văn chương nên sau đó ông được bổ làm Hộ đốc Gia Định, rồi thăng Tuần phủ Vĩnh Long. Trong thời gian ở Nam Kỳ, ông giao tiếp rộng nên được nhiều người biết đến, ông cũng học thêm tiếng Pháp để tìm hiểu âm mưu của chúng.
Tháng 8.1861, đang làm Tri phủ Phước Tuy, gặp lúc thực dân Pháp đánh chiếm Nam kỳ, Nguyễn Thành Ý cùng Trương Định bèn mộ nghĩa quân đánh giặc. Quốc sử quán triều Nguyễn chép như sau: “Phó quản cơ Gia Định là Trương Định (người huyện Bình Sơn, tỉnh Quảng Ngãi, con viên Lãnh binh Trương Cầm) chiêu mộ những thủ dõng, có nhiều người đi theo. Thường cùng quân Tây dương chống đánh nhau đắc lực, thự Tuần phủ là Đỗ Quang đem việc tâu lên. Vua cất nhắc cho làm Quản cơ, rồi lĩnh chức Phó lãnh binh. (Khi ấy Đỗ Quang chiêu vỗ Trương Định mộ thành 6 cơ, gần hơn 6.000 người. Tri phủ phủ Phước Tuy là Nguyễn Thành Ý, tùy phái là Phan Trung mỗi người đều mộ được 2 cơ, hợp cộng 4.000 người, lại đang tiếp tục mộ, kể ước tới hàng vạn)”.
Khi hoà ước 1874 được ký kết, theo đó, Nam kỳ thuộc quyền cai trị của Pháp. Trước tình hình đó, Nguyễn Văn Tường tâu với vua Tự Đức: “Khâm sứ và lãnh sứ cùng đặt với nhau (khoản 1 của điều ước trước ta đặt Khâm sứ ở kinh đô Pháp và lãnh sự ở kinh đô nước ta) là để bàn việc công, thông tình hiếu. Nhưng xem các nước Tây phiên đi lại hòa hợp, tiếng nói chữ viết cùng thông, lại có điện báo để thông tin tức, nếu ta giao thiệp với nước ấy, chỉ dựa vào giấy tờ, một khi phiên dịch sai đi, lại sinh không hợp thì đặc Khâm sứ ở kinh đô Pháp cũng không ích gì. Nếu đặt lãnh sự ở Gia Định ngang hàng với kinh đô là chưa thỏa đáng. Hoặc chỉ đặt lãnh sự thì phẩm trật, danh vọng thấp kém, theo tục nước Tây không được theo bàn việc công, đặt một viên Khâm phái kiêm lãnh sự ở Gia Định, lại đặt thêm viên Phó lãnh sự giúp uỷ làm việc. Nếu được, xin giao cho đình thần nghị chọn!”. Vua Tự Đức đồng ý, Nguyễn Thành Ý được chọn giao trọng trách này.
Nguyễn Thành Ý là một nhà khoa bảng song đứng trước hiện tình của đất nước, ngoài việc trau dồi nho học, ông còn hướng sở học của mình về phương Tây, tìm học tiếng nước họ để trang bị hiểu biết cho mình. Cho đến nay, chưa thấy có tài liệu nào cho biết Nguyễn Thành Ý học tiếng Pháp ở đâu, vào lúc nào song việc nói và viết tiếng Pháp (và cả tiếng Anh) của ông trong những chuyến đi Tây hay những công văn, giấy tờ bang giao với Pháp, Anh thì ai cũng biết.
Tháng 11.1874, Nguyễn Thành Ý được cử làm Khâm phái kiêm Lãnh sự Việt Nam tại Sài Gòn. Để ông có uy thế trong bang giao, đối ngoại, trước khi đi, vua Tự Đức thăng ông chức Hồng Lô Tự Khanh, người giúp việc cho ông là Phan Kiêm Ích. Trụ sở lãnh sự quán được đặt tại góc đường Đề Thám - Trần Hưng Đạo của thành phố Hồ Chí Minh ngày nay. Công việc chủ yếu của lãnh sự quán lúc bấy giờ là, làm thị thực cho người Trung kỳ vào Sài Gòn mua bán, nên Nguyễn Thành Ý thường đi chiếc xe song mã qua lại khu vực chợ dưới bến Chương Dương, chỗ chiếc cầu neo đậu xuồng ghe của giới thương hồ. Từ đó mới có tên gọi là chợ Cầu Ông Lãnh.
Làm ngoại giao trong lúc Nam kỳ bị thực dân Pháp chiếm đóng, Bắc kỳ đang bị đe dọa nghiêm trọng, Nguyễn Thành Ý vẫn giữ một tấm lòng trung với nước. Ông giao tiếp nhã nhặn với Pháp, cố gắng giữ vững uy thế Việt Nam. Nhiều sự kiện ngoại giao trong thời gian này cho ta thấy rõ vai trò “sứ thần” của ông: “Thuyền nước Anh đưa giúp dân tị nạn nước ta về nước (dân tỉnh Quảng Ngãi đi buôn, vì gió giạt vào đảo Côn Lôn). Vua sai viết thư giao Nguyễn Thành Ý gửi cảm ơn lãnh sự nước Anh (hiện đóng ở Gia Định) và trích lấy đồ vật trong kho (1 cái tráp chữ nhật khảm xà cừ, 1 đồng ngân tiền) đưa thưởng quan ở thuyền ấy, để tỏ khuyến khích”. “Thuyền buôn nước Thanh đến đậu ở cửa Quyền (thuộc tỉnh Nghệ An) mua người đem đi cả đàn ông, đàn bà 72 người, bị thuyền đi tuần của nước Pháp bắt được, giao cho quan Khâm phái ở Gia Định là Nguyễn Thành Ý nhận và xét. Việc ấy đến tai vua, vua cho là viên tấn thủ xét hỏi không nghiêm, bắt tội. (Tấn thủ là Bùi Đức Tu phải giáng 4 cấp, đổi đi nơi khác; các viên phủ, huyện, tỉnh sở tại đều phải giáng hoặc lưu lại có thứ bậc khác nhau)”. Một lần khác, một số dân tộc ít người tại 3 tỉnh Bình Thuận, Khánh Hòa, Phú Yên nổi dậy chống triều đình. Lúc bấy giờ, ý đồ của Pháp là muốn dùng các dân tộc ít người ở nhiều nơi, quấy rỗi làm phân tán lực lượng triều đình để Pháp dễ dàng đánh chiếm Nam Kỳ, gây hấn Bắc Kỳ. Do nắm được ý đồ đó của Pháp, Nguyễn Thành Ý mật tâu về triều đình rằng: “Man ấy thông thương với tỉnh Gia Định, mà Điển nông sứ là Phan Trung lại hỏi ra nghe nói người Tây dụ ngầm hoang Man ấy!”. Tự Đức nghe vậy, liền sai quan các tỉnh trên ra sức chiêu dụ nhân dân.
Thực dân Pháp nghe nói tỉnh Quảng Nam có mỏ than Nông Sơn, hiện do người Hoa lĩnh trưng khai thác, bèn xin triều đình Huế đến khám song quan tỉnh Quảng Nam không cho. Chúng bèn mật đưa thư thẳng lên vua Tự Đức trong thư nói rằng: trong viện Thương bạc có người bất trung, bất công, đến nỗi ngờ nước ấy có ý gì khác, lấy nhiều của lót trả ơn của người nước Thanh; việc cho lái buôn nước Thanh khai mỏ ấy chỉ mưu lợi cho mình, không làm lợi cho Nhà nước… Do không muốn mất lòng người Pháp, lại không thể vì một lá thư như vậy lại trừng trị đình thần, vua Tự Đức bèn giao cho Nguyễn Thành Ý lựa lời giải thích cho Khâm sứ Pháp biết. Với sự hiểu biết về địa dư, khoáng sản tại Quảng Nam, với khả năng giao tiếp mềm mỏng, Nguyễn Thành Ý đã dàn xếp êm đẹp vụ việc này.
Ngoài ra, ông còn bí mật vận động nhân dân Nam kỳ Lục tỉnh gửi tiền về triều đình Huế, mưu đồ củng cố lực lượng, chống Pháp lâu dài. Đặc biệt, 3 lần được cử sang Pháp, Nguyễn Thành Ý đã khôn khéo vận động Việt kiều ủng hộ đất nước, tìm cách đánh Tây. “Ngoại giao là sự tiếp nối của quân sự”, chỉ khi nào ta chiến thắng trên chiến trường, giữ vững được nền độc lập thì tiếng nói của các sứ thần mới được đối phương thừa nhận. Người xưa nói: “Kẻ đi sứ 4 phương, không được làm nhục mệnh vua, tự mình nếu không có tài ứng đối thì học nhiều mà làm gì!” sứ thần gốc Quảng Nam, Nguyễn Thành Ý đã thực hiện khá thành công lời nói trên. Bèn kiến thức uyên thâm, sở học rộng, tài năng mẫn tiệp, ứng đối nhanh trí, Phạm Phú Thứ trước đó và Nguyễn Thành Ý sau này luôn được vua Tự Đức hết lời khen ngợi.
Tháng 6 năm Ất Hợi, Tự Đức 28 (1875) chánh phủ Pháp sai Rheinart làm ngoại giao đặc phái viên ở Huế, triều đình cho người xuất dương du học. Năm 1877, Pháp mở Vạn quốc đấu xảo ở Vecxay, vua sai Nguyễn Thành Ý và Nguyễn Tăng Doãn đem đồ sang đấu xảo và đưa người sang học ở Toulon và Hương Cảng (trường do người Anh mở). “Triều đình lúc bấy giờ cũng đã hiểu rằng hễ không theo tân-học thì không tiến-hóa được, cho nên mới định cho người đi du học. Năm Mậu-Dần (1878), bên Pháp có mở hội vạn quốc đấu-xảo ở Paris, vua sai ông Nguyễn Thành Ý và ông Nguyễn Tăng Doãn đem đồ đi đấu-xảo và cho người sang học ở Toulon”. Về việc này, Quốc sử quán triều Nguyễn chép như sau: “Sai Khâm phái kiêm lãnh sự tỉnh Gia Định là Nguyễn Thành Ý cùng với bọn Tham biện Vũ Văn Phú đem các hàng hóa thổ ngơi đưa sang nước Pháp đấu xảo. (Lấy Biện lý bộ Lễ Nguyễn Lập thay vào chức của Thành Ý). Trước, sứ nước Pháp bàn với quan viện Cơ mật nói: Nước ấy 2 năm sau sẽ đặt trường đấu xảo (ở thành Ba Lê) các nước đều đem sản vật địa phương đến đấu xảo, những vật hạng của nước ta sản xuất ra (như các thứ ngà voi, sừng tê, xà cừ, đồi mồi, đồng đỏ lẫn vàng bạc), thợ chế tạo ra cũng rất tinh xảo, phái đem đi thi chọi, há không được tiếng giỏi, huống chi sau khi đấu xảo đem bán, có thể được giá tốt, quan ở viện cho là việc đi ấy có thể rộng được mắt thấy tai nghe, cũng có bổ ích, tâu xin, chuẩn cho đem những vật hạng hiện để trong phủ Nội vụ (như các loại ghế dựa, hòm tủ khảm xà cừ) phát giao 2 tỉnh Hà Nội, Nam Định theo kiểu mẫu chế sẵn, làm xong cất đi. Đến nay phái đi, nhưng sai viết thư báo cho tướng nước Pháp để cùng Thành Ý bàn cho ổn thoả, đợi cùng với sứ bộ sang tặng đồ đáp lễ, cùng đi”.
Sau khi dự đấu xảo về, ngày 20.11.1878, Nguyễn Thành Ý đã có một bản báo cáo chi tiết về quá trình dự đấu xảo của mình. Khâm phái Nguyễn Thành Ý trình bày chi tiết kết quả cuộc đấu xảo, gian hàng của nước ta được khách xem ưa thích, mặt hàng xà cừ của nước ta có thể coi như đẹp nhất thế giới. Bài tấu cũng tường thuật tỷ mỉ số tiền chi tiêu, các gian hàng, các mặt hàng của các nước tham dự đấu xảo”.
Tiếp đó, ngày 26.11.1878, tại buổi thuyết triều, Nguyễn Thành Ý trực tiếp trình bày trước vua Tự Đức và quần thần về nội tình nước Pháp, các quan hệ của các nước mà ông thâu thập được trong chuyến đi Tây vừa qua. Vua lần lượt hỏi Nguyễn Tăng Doãn, Nguyễn Thành Ý về chuyến đi, cả hai đều trả lời như sau;
Nước ấy hiện nay đặt ra quân đội, làm ra tiền tài, mong cùng với nước Phổ Lỗ Sĩ cho hả dạ một phen, còn đối với nước ta thì chưa có ý gì khác. Duy tính họ hay ngờ và cố chấp, thấy việc của ta làm phần nhiều bồi hồi, lại thêm bọn lau nhau ở bên điêu toa thêu dệt vào, nên lòng ngờ ta, đề phòng ta, vẫn còn chưa bỏ hết. Vả lại, những nơi bến tàu buôn bán của nước ấy có 15 sở: (Tân thế giới 3 sở, A Phi Lợi Gia Châu 8 sở, 5 xứ ấn Độ 1 sở, áo Đại Lợi á 2 sở, Nam Kỳ 1 sở) mà Nam Kỳ tôn là bậc nhất. Nước ấy sẽ lấy nơi ấy làm chỗ dừng chân cốt yếu sang phương Đông, việc ấy liên quan đến lợi hại rất lớn, thực không thể lấy lời nói mà tranh luận được. Hơn nữa, nước ấy hiện lập làm nước dân chủ, công hội, quyền dân trọng, mà quyền nước khinh, phàm việc lớn phải qua thượng hạ nghị viện, 2 viện cùng chuẩn y, mới được thi hành, không phải như trước kia, việc gì chỉ lo một lời nói của quốc trưởng mà định được. Đương tình thế ấy, chưa có cơ hội mưu tính lấy lại được, nếu tìm được lối khác, thì các nước phương Tây hiện đương cùng nước ấy kết hợp với nhau, các khâm sứ cũng là nòi giống nước ấy, cho nên việc rất mật chưa dễ nói được, nên chỉ chiểu theo làm việc thường thăm hỏi đáp lễ mà thôi. Lời tâu có 7 khoản đáng chú ý:
- Đặt xe lửa ở giữa biển nói ở đáy biển tầng thứ nhất và thứ hai tuy là bùn cát, mà tầng thứ 3 đều là chất đá, tầng thứ tư đều là đất dày, ở giữa đá đào làm đường xe, hoặc ở chỗ đất đá lẫn lộn, tùy thế mà làm, cho nên không đổ.
- Tàu chạy bằng hơi, nói là chia bổ khí âm đi mà chuyên lấy khí dương, thử cho chạy tàu thủy nhỏ, thì nhanh chóng cũng như đốt than mỏ, cùng việc tàu chạy bằng hơi, do người Tân thế giới làm ra, chưa biết phép làm.
- Hiện nay các nước chỉ nước Nga La Tư là mạnh nhất, lòng người suy phục thì nước Anh Cát Lợi hơi hơn, vì nước Anh là một nước lớn ở phương Tây quy mô rộng lớn, trên dưới cùng yên, thế nước ngày một lên, nơi bến tàu buôn bán hơn 30 sở, nay 5 xứ Ấn Độ lại muốn cùng tôn vua nước Anh làm Quốc trưởng để giao thiệp buôn bán với nước ngoài, lại còn hơi giữ đạo công, cho nên suy phục.
- Về việc vợ chồng: Phàm đã kết tóc với nhau, người vợ nếu có tư thông với ai theo lệ cũng không được bỏ và tục nước ấy một chồng, một vợ, nếu không có con trai, con gái cũng không được lấy vợ lẽ, vợ chết có thể lấy vợ kế, chồng chết có thể lại đi lấy chồng, trên dưới đều thế.
- Quan Tây phần nhiều tuổi cao chưa lấy vợ, hoặc sợ vợ có thể khống chế chồng, hoặc sợ vợ con làm đà lụy, không thể đi xa được.
- Phong tục kính trọng Giáo chủ, phàm Giáo chủ chết, 3 ngày làm lễ đại liệm, 9 ngày dời quan tài đến đền Phê-rô (ở đô thành Rô-ma) để đấy, đợi ngày, tháng, năm nào, vị Giáo chủ mới kế tiếp ra đời, mới đem quan tài vị Giáo chủ cũ đi chôn, để tỏ ra khác với người thường. Lại nói: Phong tục phương Tây, khi đi chơi, vợ chồng cùng một xe, hoặc cha con, anh em, chị em cùng một xe, không thì đi xe một mình. Duy có yến hội nhảy đầm thì không cứ thân hay sơ, một người đàn ông, một người đàn bà, cầm tay nhau đứng múa đi vòng quanh trông rất không nhã, duy chưa thấy có mượn vợ ngồi cùng xe. Lại nói : Phàm sau khi chết, được một ngày đêm thì liệm chôn ngay, nhà giàu sang chẳng qua vài ba ngày mà thôi; nhà giàu sang phần nhiều làm sẵn quan tài bằng đá, nhà nghèo hèn phần nhiều làm quan tài bằng gỗ; chỗ chôn thì mỗi xứ làm 1 - 2 thành, hoặc vài ba thành, xa hơn với dân cư, giữa chia ra đường chữ thập, trồng từng hàng cây tùng. Không kể người hạng nào, chỗ chôn đều chiều dài 5 thước, chiều ngang 3 thước, người giàu sang cũng chôn ở bên thành, đều đầu hướng vào thành, chân hướng vào giữa; người nghèo hèn chôn ở khoảng giữa chia từng hàng mà chôn, cũng đầu hướng vào thành, chân hướng vào giữa. Trong đó người giàu sang phần nhiều mua thêm đất chôn, rộng 6 - 7 thước, hoặc trên dưới 10 thước, trong huyệt đều xây bằng đá, mà để trống ở giữa (cũng phần nhiều làm sẵn) để đủ cất đặt quan quách (cũng có người không có quách), trên huyệt có xây nhà đá, hoặc tháp đá, cột đá, hoặc chỉ dựng 1 tấm đá lớn, tuỳ thế khắc họ tên quan tước, năm tháng ngày giờ sinh và chết của người chôn ấy, cũng đôi khi có chế khắc hình người chôn ấy nằm ngồi ở chỗ đó, 4 mặt đều vây lan can bằng sắt, trước huyệt chỉ trồng một vài chậu hoa; còn người nghèo hèn thì ngăn lan can bằng gỗ, trước huyệt chỉ trồng 2 -3 cây lặt vặt để cho nhớ. Việc chôn trên đây, đều có thứ tự, người chôn sau kế tiếp ở bên người chôn trước, không được kén chọn. Còn như việc để tang cha mẹ, vợ chồng đều 1 năm, ngoài ra theo thứ bậc giảm dần. Lại Quốc trưởng nước này hoặc có con chết, thì Quốc trưởng nước khác và cả con, cũng có phân biệt để tang bao nhiêu ngày, gián hoặc cũng có tùy tình mà hội táng. Lại như người đứng đầu một toán quân mà chết, thì binh đinh trong dinh hoặc trong đội, cũng đều có phân biệt để tang bao nhiêu ngày. Còn phép để chở thì dùng sắc đen, duy đều không có tế tự, đại khái các nước ở phương Tây đều thế.
Cũng tại buổi thuyết triều đó, ông đã dám nói thẳng, không một chút né tránh những vấn đề gai góc trong mối bang giao Việt – Pháp, tương quan lực lượng giữa ta và địch. Ông đặc biệt nhấn mạnh những điểm sau:
- Nước Pháp là một nước lớn mạnh vào bậc nhất thế giới, do đó nước ta nên thành tâm tôn trọng hiệp ước để chờ thời cơ.
- Nước ta cần cầu thân với các nhiều nước phương Tây khác để chúng chế ngự lẫn nhau.
- Nước ta cần phải đợi thời cơ, nỗ lực tự cường, học hỏi kỹ thuật của Tây phương, noi gương Nhật Bản, một nước hiện đã tự lực nắm được nghề đóng tàu thủy.
- Trong lĩnh vực kinh tế, nên khai thác các mỏ khoáng sản
- Gửi 5 người sang hải cảng Toulon bên Pháp học nghề cơ khí, để sau này mở một xưởng cơ khí tại Đà Nẵng.
Cho đến nay, trong mối quan hệ với các nước, nhất là các kế sách của một nước nhỏ đối với những siêu cường thì có lẽ lời tâu gan ruột của Nguyễn Thành Ý vẫn còn nguyên giá trị của nó. Tuy nhiên, Tự Đức lại không muốn nghe những sự thật đó nên Ngài phán: “Lần này phái đi sứ, một là để sửa sang hòa hiếu, một là để rộng đường giao thiệp, mọi người cùng cử người hiểu biết, muốn cần cho làm được việc, nếu việc chính không làm được, cũng phải hỏi tìm người có nghề hoặc đồ vật tinh xảo, để học tập ngày một tiến lên, mới có chút bổ ích, thế mà không được một việc gì, tâu bày lại phần nhiều nói hão, giao xuống cho đình thần bàn, cho là không làm nổi chức phận, nghĩ xử cách mà ly chức!”. Vua đặc ân chuẩn cho Tăng Doãn giáng về hàm cũ (Tả tham tri), vẫn lĩnh Thượng thư, Thành Ý bị cách lưu. Vậy là, con người nghĩa khí cương cường đó, với “nhược điểm” cố hữu của người Quảng là “bạo nói”, đã bị khiển trách một cách rất oan uổng.
Năm 1879, Nguyễn Thành Ý tâu xin vua Tự Đức cho đưa học sinh sang học tại Pháp. Trong đám triều thần, có người quan ngại ông sẽ giao du với giặc sinh chuyện không hay, hơn nữa, ông từng giữ chức Khâm phái Nam kỳ, giờ lại đích thân đưa học sinh đi du học e là không tiện. Việc này chính sử triều Nguyễn có chép như sau: “Nguyên Khâm phái sang Tây đấu xảo là Nguyễn Thành Ý tâu xin chọn phái học trò đến trường cơ khí ở cửa biển Thu Long (tức Toulon) học tập. Vua muốn sai Thành Ý đem đi, quan viện Cơ mật và Thương bạc tâu nói: Thành Ý trước sung Khâm phái, giao tiếp với nước ấy, có thể dạng, nếu phái mang đi học, sớm chiều bạn bè với nhau, sợ hoặc tai mắt người lấy làm lạ. Vua bảo rằng việc gì không phải là việc công nên có thực hiện, không nên nói không, quan của nước ấy khi làm lãnh sự hoặc quan to, khi lại làm người buôn như mọi người, có hèn gì đâu, thánh nhân cũng làm tiểu lại, là nhục ư? Nói thế là mở đường tránh cho người, mong gì được thành tài, chuẩn cho chọn người do Thành Ý sung phái đem đi!”.
Năm 1880, Nguyễn Thành Ý về nước và tái nhậm chức Khâm sứ kiêm phái viên lãnh sự Việt Nam tại Sài Gòn. Thời gian này, thực dân Pháp gia tăng áp lực lên triều đình Huế buộc vua Tự Đức phải chấp nhận chế độ “bảo hộ” của chúng. Trước tình hình đó, vua tôi nhà Nguyễn bàn thảo rất căng: “Trong hòa ước có nói: Nước ta có việc, nước ấy phải giúp, tuy không có nói rõ là bảo hộ, nhưng ý nghĩa đã bao hàm ở trong. Nay khoản ấy triều đình nước ấy đã định làm, mà làm như thế, nước ấy không lấn quyền nước ta, chỉ bắt nước ta không được giao thiệp với nước khác thôi. Ta nếu không nghe, nước ấy cũng bắt phải làm cho được. Triều đình rất lấy làm lo” vì vậy, Quan viện Cơ mật và Thương bạc tâu với vua rằng: “Tướng và sứ nước ấy để ý đã lâu, nay sẽ tính làm, mưu đã sắp thành, tưởng cũng khó tranh luận khúc chiết với nước ấy, tất phải phái người sang nước ấy hoặc có thể làm việc được, Khâm phái Nguyễn Thành Ý là người tài giỏi sáng suốt am hiểu, xin phái Biện lý Nguyễn Lập thay làm Lãnh sự, để cho Nguyễn Thành ý về Kinh, rồi bàn hỏi tình trạng gần đây cử động nước ấy thế nào, có nên phái người sang nước ấy đem tình ý của ta cùng sự lý biện bạch, khiến cho công lý rõ ràng, hoặc có thể bài giải được, việc đi ấy nghĩ nên tư trước cho tướng và sứ nước ấy nói 2 khoản ta đã nói về đặt sứ và sai sứ đi, thì việc đặt sứ hiện nay đợi làm, còn như sai sứ đi là tình nghĩa hỏi thăm nên như thế, nước ta nhất định phải đi, nếu nước ấy có thuyền công cho tiện đáp đi cũng tốt, không được thế cũng nhân tiện đáp thuyền khác là ổn. Như thế nước ấy khỏi ngờ, mà nước ấy không nói vào đâu để ngăn cản được. Việc ấy nghĩ nên làm ngay khỏi lỡ việc sau!”. Như thế đủ thấy, vua Tự Đức và các quan đại thần lúc bấy giờ đánh giá cao tài năng và sự hiểu biết của sứ thần Nguyễn Thành Ý đến mức nào. Vì vậy, năm 1881, Nguyễn Thành Ý được gọi về kinh đô, ít lâu sau được thăng Tả thị lang Bộ Hộ.
Được một thời gian, do Nguyễn Lập bị bệnh nặng, ông lại được triều đình Huế cử vào Sài Gòn thay làm lãnh sự. Trong bang giao với thực dân Pháp, nhất là những năm cuối triều Tự Đức, khi mà đất nước bị vây bủa khắp nơi, kẻ thù rập rình ngay cửa Thuận An chờ ngày nuốt chửng kinh đô, công việc ngoại giao ngày càng trở nên khó khăn và nguy hiểm, nhất là khi quân cờ đen của Lưu Vĩnh Phúc giết chết Henri Rivière tại cầu Giấy…
Cuối năm Tân Tỵ (1881), nhân có hai người Pháp tên là Courtin và Villeroi được giấy thông hành đi lên Vân Nam, nhưng lên đến gần Lào Kay, bị quân Cờ Đen ngăn trở, không đi được. Viên thống đốc Le Myre de Vilers bèn gửi thư về Pháp, nói rằng nước Pháp nên dùng binh lực mà cho dẹp cho yên đất Bắc kỳ. Sang tháng 2 năm Nhâm Ngọ (1882), Pháp một mặt sai đại tá hải quân Henri Rivière sắp sửa binh thuyền ra Hà Nội; một mặt viết thư vào Huế, viện cớ: đất Bắc Kỳ loạn lạc, luật nhà vua không ai theo nên người nước Pháp có giấy thông hành của quân An Nam cấp mà đi đến đâu cũng bị quân Cờ Đen ngăn trở. Vậy nên nước Pháp phải dùng vũ lực để bảo vệ quyền lợi của người Pháp.
Ngày mồng 8 tháng 3 năm Nhâm Ngọ (1882), quân Pháp đánh thành Hà Nội, quan tổng đốc Hà Nội là Hoàng Diệu đốc quân chiến đấu quyết liệt. Cuộc chiến đấu không cân sức, Hoàng Diệu tuẫn tiết theo thành. Ngày 28 tháng 2 năm Quý Mùi (1883), quân Pháp đánh chiếm thành Nam Định. Sáng ngày 13 tháng 4, Đại tá Henri Rivière đem 500 quân ra đánh ở mạn Cầu Giấy, bị quân Cờ Đen phục giết hàng trăm tên, Henri Rivière tử trận, đại úy Berthe de Villers bị thương nặng. Trước tình thế đó, công việc ngoại giao và tính mạng của Nguyễn Thành Ý tại Sài Gòn trở nên vô cùng nguy hiểm.
Chính sử triều Nguyễn chép lại tình thế gay cấn này như sau: “Lại phái Tả thị lang bộ Hộ là Nguyễn Thành Ý đến Gia Định đem nguyên ủy việc phải trái của đoàn quân họ Lưu (tức Lưu Vĩnh Phúc, thủ lĩnh Cờ Đen) và lợi hại ở Bắc Kỳ biện thuyết với tướng nước Pháp. Dụ rằng: Phàm làm kẻ sĩ được quý, tất phải trừ được hoạn nạn, gỡ được rối ren, người đời còn thế, huống chi là nghĩa giao làm con tin, hiến thân cho triều đình, sao nỡ làm ngơ, ngươi nên cố gắng, cho yên lòng mong của trẫm)”. Như vậy, ngay cả vua Tự Đức lúc đó, đã thấy tình thế “con tin Nguyễn Thành Ý” đang trong tay Pháp, giữa tình thế nước sôi lửa bỏng là một điều không tránh khỏi. Vâng lệnh Tự Đức, Nguyễn Thành Ý đã đến thẳng súy phủ của Pháp tại Sài G