司馬遼太郎著「肥後の妖怪」によれば、殿様の若君で将来藩主決定の直正は、数人の選ばれた御学友と育ちました（そのなかでも古川与一は、直正が亡くなるまで側に仕え、直正の葬儀を仕切った後に殉死した人）。彼ら御学友は直正と遊びと勉強も一緒で、直正が悪さをすれば、直正ではなく御学友が乳母にお灸をすえられていたそうで、将来の殿様はそれを見るのが罰、自分の咎が家臣に及ぶことを身をもって学ぶということに。

それに直正は、やたらと手を洗う癖があり、胃が弱くて不安神経症みたいな面もあったそう。

また同い年の小姓として、「御性替（おしょうがえ）」という役目の者がいました。世子の直正と同居し、同じ服を着て同じものを食べて一緒に勉強するのですが、世子に降りかかる病気や悪いことが全部その「御性替」の子が身代わりになるようにと祈祷されていたという存在だったということ。

直正の場合、この「御性替」が、明治後、高名な歴史学者となった久米邦武、この人も優秀だったが、直正の優秀さには及ばなかった、晩年に至るまで「超凡にましました」と述懐。

直正は、将軍家斉の18女盛姫と結婚、盛姫亡き後、田安家の徳川 斉匡（とくがわ なりまさ）の19女筆姫を継室に。はっきりいって将軍の息女を嫁にもらうと、御守殿を建てる、奥女中は増えるなどで莫大な経費がかさむうえに、なぜか殿さまは将軍息女を笠にきた奥女中に見下されるという悲惨なコンボになってしまうのですね。

直正は、藩主になって2年後、初のお国入りのために江戸藩邸を佐賀に向けて出発、品川宿でお昼をとったが、藩に貸付のある商人たちが藩邸に押し寄せてきて借財返済を申し立てて座り込みを開始したために、行列が進行出来ない状態に。かろうじて出発した後直正は、屈辱で籠の中で大泣きしたということ。

これがきっかけで直正は経済に目を向けてなにがなんでも藩の財政改革を行い、「そろばん大名」との異名まで。

その後、直正は粗衣粗食令を出して倹約に勤めたのはむろんのこと、借金の8割を放棄、2割の50年割賦を認めさせて（それでも商人たちは少しでも取り返せたと喜んだそう）、大がかりなリストラを行って役人を5分の1に削減、農民の保護育成や、有田焼などの陶器、茶、石炭などの産業育成や交易（密貿易説が濃厚）に力を注ぎ、藩財政は改善。ここで得た余剰金を軍備や近代化にまわしたのですね。

また、自分が優秀だと家臣にも勉強を強制したくなるもので、藩校の弘道館に藩士の子弟全員を6歳か7歳で就学させて、25歳か26歳で卒業させる完全義務教育を実施、試験に合格しなければ家禄の8割没収を実行したそう。司馬遼太郎著の「肥前の妖怪」では、藩士たちには佐賀藩に伝わる「葉隠」に基づいた教育を施したので、激動の幕末に至っても藩主に逆らう藩士が出てきにくかっただろうということです。

尚、佐賀藩出身の大隈重信は、一律に全員に同じ教育を施すなどバカげているとして、後に早稲田大学を創立しました。

もちろん優秀な人材を育成したら身分にかかわらず有能な家臣を登用するように藩政機構も改革、また小作料の支払免除など、農村復興のための諸改革も。

直正は、嘉永5年（1852年）精錬方という科学技術の研究機関を創設して、鉄鋼、加工技術、大砲、蒸気機関、電信、ガラスなどの研究、開発、生産を行いました。
そして藩士たちを積極的に他藩へ留学させたり、他藩の優秀な人材を呼び寄せて、技術の開発と向上に勤しんだということ。中村奇輔、石黒寛次、からくり儀右衛門でおなじみの田中久重（のちの東芝創設者）を招聘。

佐賀藩は鎖国の中の鎖国「二重鎖国」を行っていたので、他国の技術者を招くのは珍しく、また内部でも反発が強かったそうですが、結果として佐賀藩士の士気を高めて技術の向上にもなったということ。

また、この研究はなかなか成果が出ないうえにお金がかかるので、佐賀藩内でも精錬方廃止論が出るのですが直正は「これは自分の道楽」と退けた話は有名。

長崎警備を共にしていた福岡藩と牛痘ワクチンを輸入、嫡子の直大（なおひろ）に種痘を施して普及に努めて、当時は不治の病であった天然痘根絶を成し遂げる先駆けに。

嘉永2年（1849年）には、日本最初の製鉄所が完成。
嘉永3年（1850年）には佐賀藩は独自に長崎砲台の大工事を開始。
ペリーの黒船来航の前年の嘉永5年（1852年）には、築地反射炉を本格的に稼動。
黒船来航の半年前、プチャーチン率いるロシアの使節団が長崎に寄港し、模型蒸気機関車を披露したときに得た情報を元に、精錬方の石黒寛次、中村奇輔、田中久重らが蒸気機関車と蒸気船の製造を試みて成功。

尚、プチャーチンは佐賀藩の築いた長崎の砲台をかなり本格的なものという感想を。
嘉永6年（1853年）に幕府が大船建造の禁を緩和後、オランダに軍艦を発注。また佐賀藩領内に三重津海軍所を設置して、安政年間には西洋式蒸気船の建造を計画。
慶応元年（1865年）に日本最初の実用蒸気船「凌風丸」を進水、有明海内の要人輸送に活用したそう。
安政5年（1855年）に長崎海軍伝習所が作られると、学生を派遣。
慶応2年（1866年）には当時の最新兵器の大砲アームストロング砲をほぼ自力で完成させて、藩の洋式軍に配備。四斤砲の製造と実用化に成功、後に品川台場の砲台にも利用。

嘉永6年（1853年）、ペリーの黒船が来航し、江戸幕府老中の阿部正弘が各大名に意見を募った時、直正はアメリカの武力外交に対して強く攘夷論を主張。そして品川のお台場建設に佐賀藩の技術を提供して砲台を建設し、老中阿部正弘の信頼を得、同時に佐賀藩の近代化が他国にも知られるようになったのですね。

尚、直正は攘夷論を述べる一方で、開国以前から密貿易で利益を上げていたくらいなので貿易の重要性を知っているわけで、イギリスの親善外交に対して開国論を主張するなど、一筋縄ではいかないところが。

直正は、この時期になっても京都屋敷にはわざと無能な家老を置き、薩摩や長州などとの付き合いもほとんどなし。しかしこの頃になるとさすがに佐賀藩の近代化が知られるようになり、京都でも直正がどういう人物かと噂になり始め、姉婿の公卿久世通熙を通して招待が来たということ。

直正の方も、一時的に脱藩し、京都の様子を見て来た江藤新平が戻ってきたとき、罪を咎めずに、薩摩や長州が京都でどれくらいお金をばらまいているかなどを聞き、側近の古川与一を京都に先発させた後、直正自身も招待を受けて、文久2年（1862年）12月25日、艦隊を組み近代化した佐賀兵を率いて上洛、孝明天皇に拝謁後、薩摩派の関白近衛忠煕に面会し、京都守護職への任命を要請。
直正は「長崎警備は他大名でも担当できるが、大坂、京都の警備には実力が必要、もう古い武器を用いた藩の時代ではない、佐賀藩ならば足軽30人と兵士20人の兵力で現状の薩摩や長州の警備を打ち破れる」旨の発言をして、最先端の技術の佐賀藩の軍備をアピールしたのですが、公家はんにはこれが通じず、また近衛関白から薩摩の大久保利通に話が筒抜けになって、大久保利通も激怒、この件はもちろん立ち消えになり、直正は京都はつまらんと帰国したということ。
藩の近代化を成し遂げて、軍備は海軍も兵器も最新型を揃え、軍隊も西洋式にしてバッチリだった直正が、意気揚々と上洛したのは、やはり実力を認めてもらい、最新式の軍備で京都政界のトップに躍り出ようとしたのでしょうか。

慶応3年（1867年）に行われたパリ万国博覧会は、日本が初めて正式参加した万博。このとき日本からは、幕府（日本大君政府）と薩摩藩（薩摩大守政府）と佐賀藩（肥前大守政府）の3政府が出展。

佐賀藩使節団は、有田焼、伊万里焼の陶磁器、白蝋、和紙、茶など、佐賀藩領内の特産品を多数出品して売込みを行い、もちろん欧米の技術や制度などの西洋文明についても勉強したということ。

この佐賀藩使節団には、適塾でも学んだ佐野常民（つねたみ）がいて、万博会場で国際赤十字の組織と活動を見聞し、さらにオランダに行き日進丸の建造を発注。そして西欧諸国の軍事､産業､造船術などを視察して翌1868年（明治元年）に帰国。後に日本赤十字社を創始。

佐賀藩は日本有数の軍事力と技術力を誇っていたのですが、直正の意向で倒幕運動にも参加せず、かといって幕府よりでもないと、藩として姿勢を明確にすることなく、大政奉還、王政復古まで静観。

直正は、文久3年（1863）8月18日の政変後、薩摩藩から上洛要請があっても断り、木戸孝允が四国艦隊下関砲撃事件のときに、大砲を貸してもらえないかと密かに潜入して家臣に頼んできたときも、「長州はすぐに降伏するから貸す必要はない」と断り、元治元年（1864）幕府から諸侯としては最高の「宰相」に推すと言って来ても断り、第二次長州征伐のときに、将軍家茂が親書を遣わせて佐賀藩の軍事力を持って助けてほしいと言って来ても「痔で」と、さらっと断ったということ。

こういう理由で直正は「肥前の妖怪」と警戒されて、参預会議や小御所会議などに参加させてもらえず、政治力、軍事力ともに発揮できなかったが、逆に考えると佐賀藩では幕末の動乱期に犠牲者がなかったとも。

直正は、慶応4年1月（1868年1月）の鳥羽伏見の戦いの時には長崎で軍艦とアームストロング砲を買い付けている最中で、その後買ったばかりの軍艦とアームストロング砲と佐賀兵を積み込んだ艦隊を率いて上洛。

司馬遼太郎著「肥前の妖怪」によると、京都に着いた後、たまたま直正がお忍びで嵐山に花見に行ったところ、木戸孝允らと遭遇、舟で花見酒を楽しみつつ木戸が交渉して直正が新政府軍に佐賀藩が加わることを承諾、ここに薩長土肥が成立したということ。

佐賀藩は、戊辰戦争における上野彰義隊との戦いから五稜郭の戦いまで、新政府軍の弱味であった海軍もカバーし、最新式の兵器とアームストロング砲が大活躍、その功績のおかげで明治新政府でも佐賀藩から直正が育てた、副島種臣、江藤新平、大隈重信、大木喬任、佐野常民ら、多数の人物が活躍するように。

明治元年（1868年）に直正と改名。議定に就任。
廃藩置県には知藩事（大政奉還後の藩主）として最初に賛同。
明治2年（1869年）6月6日、蝦夷開拓総督となり旧藩士島義勇らを開拓御用掛に登用、7月13日には初代開拓使長官に就任したが、直正は蝦夷地へ赴任せずに8月16日に岩倉具視と同じ大納言に転任。

直正は、財政基盤の弱い新政府に代わって旧幕府軍との戦いの褒賞を開拓費用に当て、他藩に先んじて佐賀藩民を蝦夷地に移住させたほか、満州の開拓、オーストラリアでの鉱山開発などを提言。

しかし実現を見ることなく、明治4年（1871年）1月18日、江戸藩邸にて58歳で病没。直正の子供の頃からの御学友で、もはや親友のようだった家臣の古川与一（松根）が葬儀を取り仕切った後に殉死。