与翁同龢同任光绪帝师。历升侍讲学士、侍读学士、侍郎等职。光绪二十年（1894年），孙家鼐反对为朝鲜的宗主权与日本开战，力言「衅不可启」，主张妥协，与李鸿章的见解不谋而合。二十四年，京师大学堂（今北京大学）成立，任第一任管学大臣。三十三年，与溥伦同任资政院总裁，妥拟院章，筹画立宪事宜。 戊戌变法期间，孙家鼐主张向欧美学习，指出「中国以礼教为建邦之本，纲常名义，万古常新」，变法乃维护清廷统治的工具，固有制度不可打破，与康有为、梁启超等维新派的主张不同。二十四年，慈禧发动戊戌政变，停止新政，囚禁光绪帝，杀