1918年10月10日,徐世昌任总统后,又邀请周学熙出任财政总长,他力辞不就,表示愿就棉业整理做些工作,于是被任命为全国棉业督办。
他上任后,1919年10月制订出《整理棉业计划四条》,在职的3年中,按照此计划办了一些实事。第一继续推进纺织工业。在天津设立兴华棉业总公司,拟在华北办一模范纱厂,已向华昌贸易公司订购机器,在山东临清购了厂址,后竟因款绌不能实现。第二培养技术人才。1920年,在天津成立棉业传习所,设纺织和植棉科,聘请中外学者授课。次年还选派学员去美、英、日等国学习,学员毕业后分发各植棉场,纺织系多派充实华新纱厂技术干部。第三改良棉种。设胶县等地植棉场,购买美国棉种试种推广,还组织棉农来场参观学习。
他还效法张骞在南通成立棉垦公司的经验,成立长芦棉垦局,自任督办,开始测绘长芦废盐场,计划在沿海分区筑堤防潮,准备大规模植棉。初步规划涉及11个县,绵延300多公里。1919年6月11日徐世昌下台,1921年12月24日与周夙有恩怨的梁士诒为国务总理,他便辞去棉业督办之职,转往青岛协助子周志俊管理纱厂,上一规划终成泡影。全国解放后,周恩来总理曾向周氏后人问及这项规划的详细内容,可惜历经战乱,原始资料已荡然无存。
1924年,周学熙60岁,自称年老多病,辞去各项职务。但为了保持周氏资本集团不被瓦解,复组织实业总汇处,由启新、滦矿,华新津、青、唐、卫4厂联合组成,作为团体之间的联系机构,并起筹划及考核的作用。后因内部种种矛盾,离心力渐增,次年改名为实业联合会,1927年又改为名存实亡的实业协会。