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庆应三年（1867）三月九日，由于伊藤自吉田松阴以来，明晓“尊王攘夷之正义”并不断坚持活动，由“准士雇”晋升为“士雇”。如此一来，还有一步他就能获得真正的武士身份了。伊藤和品川三郎（后来担任内务大臣）、野村靖（靖之助，入江九一的弟弟，后来担任内务大臣）等四人同时晋级。
九天之后，伊藤受命前往京都，侦察京摄（京都、大坂、神户）方面的情报。
前一年春天，伊藤与梅子（梅）成婚。当年年末，女儿贞子出生，那时一家三人都住在马关。因为母亲琴生病，从庆应二年年末到三年正月，伊藤回萩照顾母亲。父亲十藏、母亲琴和祖母元都住在萩，但母亲的病后来也没有好转。三月二十五日，伊藤在给父亲十藏的信中写道，贞子健健康康的，请父亲放心；他一个月左右就回来（『孝子伊藤公』168～175頁）。
长州藩侦察的最主要目的，一是打探幕府的动向，二是确认萨摩藩是否会和长州藩联手倒幕，三是促使萨摩藩为倒幕开始行动。
伊藤在出发前，给长州藩的掌权者，也是伊藤的庇护人木户孝允写了一封信。可能他在信里写得过于意气风发，木户回信提醒他绝不可“鲁莽”行事。三月二十六日，伊藤回复木户时写道，自己绝不会鲁莽行事，请他放心（木戸宛伊藤書状、慶応三年三月二十六日、『木戸孝允関係文書』〈東〉一巻）。木户很清楚伊藤干劲十足，但那时没有适合他的工作。
三月二十七日，伊藤从马关出发，四月十三日抵达京都，住在前一年就潜伏在萨摩藩邸的品川弥二郎处。他在京都见了中冈慎太郎（土佐藩士）、萨摩藩的大久保利通（一藏）和黑田清隆（了介）等，探听朝廷和幕府的关系以及各大藩的动向，四月二十九日离开京都返回山口（『伊藤博文伝』上巻、294～295頁）。
四月十四日，伊藤还在京都的时候，一直把伊藤当作亲弟弟般疼爱的高杉晋作死于肺结核，年仅27岁。
关于那次在京都打探消息一事，后来伊藤回忆说，“品川弥二郎等人先去了京都，我是在他们之后去的”，“我只在京都待了几天就很快回去了。那时，与西乡等人见了面，我们一直在讨论开国，无论走到哪儿，讨论的都是这个话题”（『伊藤·井上二元老直話 維新風雲録』112頁）。
从京都之行未给伊藤留下深刻印象来看，他在京都并没有获得什么消息。那是因为萨摩藩不可能马上就举兵。他们考虑到将来不得不举兵之时需要长州藩的协助，所以采取暗地里与长州藩保持友好关系的态度。长州藩已经与幕府（德川家）开战，别无他路；而萨摩藩还可以选择不战，进行体制改革。
伊藤离开京都大约两个月之后，六月二十二日萨摩藩与土佐藩秘密结盟。其目的是迫使成为第15代将军的德川庆喜大政奉还，如果他不答应，萨土就准备起兵。因为萨摩藩不想冒着失败的风险，与仍拥有强大军力的德川家开战（高橋秀直『幕末維新の政治と天皇』第七章、八章）。
伊藤从山口到萩待了四五天，照顾生病的母亲，然后又回到马关继续负责应对外国人的工作。