甲午战争中国惨败，车庆云由此意识到军事对中国的重要性，乃决定投笔从戎。两年后，袁世凯开始小站练兵，由此创建了北洋军。车庆云加入了工程团，并由此掌握了射击及测量知识。1900年毕业时，正值八国联军入侵中国，车庆云奉命就八国联军的情况及活动进行详细报告。《辛丑条约》签订后，除俄国继续占据中国的旅顺口（俄国称“亚瑟港”）及中东铁路外，其他各国均撤军。为了报告俄国人的情况及行动，车庆云作为秘密特工先后三次被清政府派往西伯利亚。车庆云经过阿穆尔河上游，访问了乌拉尔山以东的各重要城市。日俄战争爆发后，车庆云回到中国，为