发达国家的跨国公司为保持全球化的竞争优势，牢牢控制着研发、设计、品牌和销售等环节，将生产和制造等附加值极低的环节转移到欠发达国家和地区，促成全球价值链的形成。全球价值链要求在全球配置资源和销售产品，因此要求更高水平的物流服务。而我国物流业发展落后，大多承担着全球价值链中的运输、仓储等附加值极低的环节。为此，探寻我国物流产业升级路径就显得尤为重要。本文选择物流产业集群的升级作为研究对象，以全球价值链理论和产业集群理论为理论基础，结合产业“微笑曲线”阐述了全球价值链下物流产业集群升级的内涵，从创建集群创新网络和嵌入全球价值链两方面分析了物流产业集群升级的内外机理，并提出分别以提高产业集群的技术创新能力和市场拓展能力为目标的两条升级路径，在此基础上得出物流产业集群能否成功升级到物流产业全球价值链的高端环节，在于其升级能力的大小的结论。从升级资源存量、技术创新投入和产出能力、市场拓展能力以及升级环境支撑能力四个方面构建了物流产业集群升级能力评价指标体系，通过问卷调查、SPSS16.0以及改进的三标度-AHP法对指标体系进行修正和完善，最终以湖南省物流产业集群为实例，采用模糊综合评价法对湖南省物流产业集群的升级能力进行评价，发现湖南省物流产业集群的升级能力整体上处于较弱的水平，据此本文从单个物流企业、物流集群以及政府三个层面提出了相应的能力提升建议。