坦庵は、韮山代官として幕府直轄領の民政に尽力する傍ら、蘭書らんしょの研究にも力を注いでいたといいます。中でも兵学の分野には特に関心を持ち、西洋における陸海軍の編成法、築城術や守城・攻城法、小銃や大砲のような火器の製造技術とその運用方法などについて、多くの知識を得ていたようです。そこから導き出された結論は ｢歩兵・騎兵・砲兵の三兵を柱とする西洋式の軍制にもとづき、西洋式の小銃・大砲を導入し、それらの火器を集団的に運用する」 というものでした。それは、江戸時代を通じて続いてきた軍役ぐんやく(大名や旗本が、戦争時に自らの石高に応じて決められた兵力を動員する制度)による部隊編成や、火縄銃に代表される武芸としての和流砲術を否定する ことでもあったのです。坦庵は、書物による理論の研究だけでなく、西洋式の砲術を自ら習得することを試みます。そこで坦庵が 注目したのは、高島たかしま秋帆しゅうはんという人物でした。

　天保３年(1832)から５年にかけて、長崎会所調役高島秋帆は、オランダから兵学書・砲術書とともにモルチール砲(臼砲きゅうほう)や燧石すいせき式ゲベール銃を輸入し、西洋砲術の研究を始めました。父四郎兵衛とともに荻野流の砲術を修め、和流砲術にも通じていた秋帆は、出島に出入りしてオランダ商館長とも接触できる自らの立場から、より進んだ西洋の砲術を知り、強い興味を持つようになったのです。秋帆は、取り寄せた西洋砲を用いて実験を繰り返しました。また自らも青銅製の臼砲を鋳造するなど積極的に研究を進め、やがて西洋砲術を 自己の流派として確立していきます。その秋帆に、坦庵は代官役所の手代柏木総蔵(忠俊、後に足柄県令)らを入門させ、西洋砲術についての情報収集を行わせています。

　天保１１年(1840)、アヘン戦争で清しん国がイギリスに敗退したとの報に接した秋帆は、幕府に｢天保上書」を提出して西洋砲術採用を 進言します。それを受けて、老中ろうじゅう水野みずの忠邦ただくには江戸徳丸原とくまるがはら(現東京都板橋区高島平付近)において、西洋砲術による演習を実施するように秋帆に命じました。
　天保１２年５月９日、高島秋帆・浅五郎父子が指揮して、砲隊２４名・銃隊９９名による大規模な演習が行われました。演習には、 柏木以下９名の韮山代官所関係者も参加しています。この日の演習では西洋式大砲の実射、銃隊による突撃・斉射などが披露されました。
　演習は成功裡に終了し、幕府は秋帆から大砲を買い上げ、かつ西洋砲術を旗本一名に伝授すること決定しています。そして、その伝授を 受ける人物として選ばれたのが、江川坦庵でした。坦庵は早速正式に秋帆に入門し、高島流砲術(西洋砲術)を皆伝かいでんされます。翌天保１３年６月には、他者への高島流砲術伝授も許可され、これ以後坦庵のもとには、坦庵が高島秋帆から習得した西洋砲術を学ぼうと する幕臣や諸藩の藩士が、数多く集まってくるようになりました。その中には、佐久間さくま象山しょうざん(兵学者・松代まつしろ藩士)をはじめ、幕末維新期に活躍した人物の名を見いだすことができます。
　坦庵は、自らの屋敷(現在の江川邸)を家塾として開放し、入門者たちに西洋砲術の技術を伝授しました。これが通称｢韮山塾にらやまじゅく｣と 呼ばれているもので、天保１３年１０月から坦庵が死去する安政２年(1855)正月までの間に、およそ２８０名が学んでいます。なお、この塾には正式名称がなく、｢韮山塾｣と いうのは、塾生たちが便宜的に使っていたものと考えられています。
　坦庵は、入門者に砲術を伝授するにあたって、講義で理論を学ぶのはもちろんのこと、実地訓練をも重視していました。そのため、韮山では実際に大砲や小銃を使っての試射が頻繁に行われています。韮山代官所手代長澤鋼吉が記録したカノン砲の試射記録には、砲弾の重量や火薬の量、射角と着弾の関係などの数値が記されており、きめ細かい訓練が行われていたことが窺われます。


　嘉永６年６月のペリー来航を契機に、老中阿部あべ正弘まさひろは坦庵を勘定吟味役格かんじょうぎんみやくかく海防掛かいぼうがかりに 任じました。以後坦庵は、江戸湾防備の実務責任者として奔走することとなります。しかし坦庵は、激務による疲労の蓄積からか病を得、安政２年正月、自ら手がけた数々の事業の完成を見ることなく 他界してしまいます。
　安政２年５月、坦庵の後を継いだ江川英敏ひでとしに対して、幕府から芝新銭座しばしんせんざに 八千数百坪の土地が下賜され、そこに大小砲専門の演習場と付属の建物が設置されました。芝新銭座大小砲習練場がそれです。この習練場では、幕府の徒組かちぐみが入門して西洋砲術を学んだのをはじめとして、数多くの幕臣が伝授を受けており、諸藩士の入門者と合わせると、その人数は三千人以上にのぼります。その中には、井上いのうえ馨かおる・ 黒田くろだ清隆きよたか・大山おおやま巖いわおなど、明治維新で名をなした西南諸藩の人材も含まれていました。
　坦庵亡き後、入門者の指導に当たったのは、韮山塾時代に伝授を受けた友平ともひら栄さかえ(壬生みぶ藩士)や岩倉鉄太郎(川越藩士)らと、韮山代官所 の手代として共に砲術を学んだ岩嶋源八郎・長澤鋼吉などでした。習練場には理論を学ぶための学塾も併設されており、そこでは後に幕府の歩兵奉行となる大鳥おおとり圭介けいすけらが 招かれ、語学を講義していました。また、築地に設けられた軍艦操練所との交流も盛んで、榎本えのもと武揚たけあきや福地ふくち源一郎げんいちろう(桜痴おうち、後の東京日日とうきょうにちにち新聞主筆)、福沢諭吉らもしばしば訪れたと伝えられています。

　このように、幕末における西洋砲術導入への動きは、高島秋帆による西洋砲術の大成、江川坦庵への伝授、坦庵による｢韮山塾｣での教授、坦庵の死後その弟子たちによる芝新銭座大小砲習練場での普及という一連の流れと して見ることができます。そしてそれは、文久・慶応期にようやく実現しはじめた幕府の軍制改革の中で、講武所こうぶしょそして陸軍所として形となり、さらには明治維新後の陸海軍にも 受け継がれ、日本の近代化を支える基盤の一つともなっていったのです。