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1876年秋，袁赴陳州參加鄉試不中，一般認為袁學術不精，致鄉試不第。不過其落榜原因也有其他說法：袁考得“項城縣之府案首”，但河南學政瞿鴻禨在考陳州府時，不尊重知府吳重熹，吳重熹為此針鋒相對兩人結怨，瞿鴻禨于是取消了陳州各府屬的府首，袁因此成為犧牲品，雖然未能及第，但袁于同年年底與沈丘于氏結婚，兩年后誕下唯一嫡子袁克定，不過袁與于氏關系并不融洽。袁保恒見袁完婚，頻繁招袁回北京繼續學習以考取功名，袁最初也極為重視“然雖多病，亦不敢自棄。每當臥病，思己之功名不就，無不攘背而起，展書味讀，但不知老天負我不負我乎”。1877年初，袁回到北京，一度想外出謀職戶口，袁保恒知道袁的想法后斷然否定。
1875年至1878年間，河南發生特大旱災，史稱“丁戊奇荒”。1877年4月30日，慈禧太后命身為刑部左侍郎的袁保恒前往河南賑災，袁保恒于是偕袁前往河南，12月30日出發，途中經過保定，袁保恒與李鴻章會面，請求幫助，李鴻章當即撥米三萬石，但此時李鴻章是否見過袁則不得而知。1878年1月16日，二人抵達開封。當時正值隆冬，大雪紛飛，十分寒冷，袁冒著惡劣氣候辦公，為避免流言住在開封城外。在此期間，袁目睹了饑民慘狀，官軍殘殺，賑款不敷，曾感慨道“賑務實屬萬難”，但也下決心“盡此赤心，捐此腐軀，上以報國，下以報叔父”。當時開封流行瘟疫，5月，袁保恒認為自己身體強壯冒險前往檢查粥廠，感染瘟疫，不久病逝。在接任的到達之前，袁出色完成了交接任務。此后，袁返回項城，移住陳州并在此與家人共同居住三年時間。期間，袁家在袁保齡的主持下召開會議討論分家，但分家的結果目前尚無資料證明。在此期間，袁“家居多暇，嗜酒好騎馬，日飲數斗，馳騁郊原”，其性格“喜為人鳴不平，慷慨好施予，以善為樂”，袁與知府吳重熹成為“詩酒友”，“雅敬愛之”。此外，袁意外結交當時正在陳州授館從事文牘工作，前往袁甲三祠園林游玩的徐世昌。相見第二天，二人拜為金蘭，徐世昌為兄。袁資助徐世昌兄弟二人赴順天鄉試，二人雙雙中舉。
1879年秋，袁在給三哥袁世廉的信中發誓：“弟不能博一秀才，死不瞑目”，未料再次鄉試不中，因此將所學書籍付之一炬，并表示“大丈夫當效命疆場，安內攘外，烏能齷齪久困筆硯間，自誤光陰”。1880年，袁決定棄文就武，投靠吳長慶，加入慶軍，吳長慶為袁保慶的結拜兄弟，出身淮軍，為慶軍統領，統率慶軍六營駐防登州，督辦山東防務。袁從陳州出發，先前往上海，準備之后再前往山東登州即吳長慶大本營所在地。抵達上海后，袁很喜歡這座城市，在一家旅店安頓下來，后四處尋找工作機會無果。在此困頓之際，袁去了一家妓院，在此結識蘇州籍妓女沈氏，二人相交甚歡，無話不談。沈氏閱人無數，得知袁身世后勸其盡快前往登州，投奔吳長慶，并用私房錢資助袁。袁發誓安定下來后回來迎娶沈氏，沈氏也表示袁走后會自己出錢贖身并等他回來。后來袁將沈氏接到朝鮮生活。沈氏終身未育，袁將次子袁克文過繼給她為嗣子，北上途中，袁結識阮忠樞，一見如故。袁慷慨資助阮，阮后成為其終生心腹。
1881年5月，袁至山東登州，任“慶軍”營務處會辦。吳長慶對袁照顧十分周到，優待至極。由于袁尚未通過鄉試，吳召來營中最好的老師張謇、周家祿、朱銘盤等人，向他們引見袁，特意強調“今留慰亭讀書，所以報篤臣也”。張謇、周家祿、朱銘盤等人于是每天督促袁功課，袁再度備考科舉。此間，袁稱“近日作文太多，且盼家信，因嘔血”。但是，他的作文在張謇眼里卻是“文字蕪穢，不能成篇”。由于張謇嚴厲直率，導致二人疏遠。而周家祿則點到為止，以鼓勵贊揚為主，袁“更喜周公”，后任直隸總督時請周入幕府，禮遇有加。
袁駐朝時期標準照
1882年，袁23歲，藩屬國朝鮮發生壬午軍亂，朝鮮高宗李熙之父李昰應兵變奪權；親中的朝鮮事大黨請求清廷出兵平亂，袁乃跟隨吳長慶的部隊前往協助，吳長慶的幕僚馬建忠設謀，要袁將李昰應拘捕，李昰應被擄後，袁世凱以「通商大臣」身份駐朝鮮，協助朝鮮訓練新建親軍與鎮撫軍，並控制稅務。
1884年，朝鮮分化為新舊兩派勢力。一派是以閔妃為首的外戚集團，另一派則是要求改革的士大夫激進派。以金玉均激進派為代表的「開化黨」人士發動甲申政變試圖推翻被「事大黨」及閔妃把持的政權，駐朝日軍亦趁機行動欲挾制王室，袁世凱當機立斷，指揮軍隊擊退日本軍，日本人對袁恨之入骨。1885年，袁被封為“清朝駐紮朝鮮總理交涉通商事宜”全權代表，維繫清廷在朝鮮的宗主權及其他特權。1887年8月開始，朝鮮政府先後向日本和歐美各國派遣使節，以對國際社會宣示其外交自主。大規模的獨立外交活動，引起了清政府的不滿。
1894年初，朝鮮爆發東學黨起義，形勢緊張，朝鮮國王向中國借兵鎮壓，李鴻章同意出兵，6月4日清軍開赴朝鮮。根據《中日天津條約》相關條款，6月7日清廷將出兵事宜知照日本，同日，日本駐北京公使小村壽太郎照會清廷稱日本也已出兵。6月11日，日本公使大鳥圭介率軍到達朝鮮京城。獲悉清廷出兵後，起義軍6月11日與朝鮮政府簽訂《全州和約》，朝鮮內亂有所緩和。6月12日大鳥圭介主動與袁會晤，商談共同撤兵，但日本內部對此不滿，在沒有達到全部目的前拒絕撤兵，中日雙方對此相持不下，7月25日，日本軍隊在豐島海面對清軍發動襲擊，挑起豐島海戰，進而引爆中日甲午戰爭。
1894年10月24日，日軍第一軍突破清軍鴨綠江防線，侵入中國。袁唯恐奉天危急，以籌糧為口實，躲到新民廳。遭李鴻章的訓斥，令速到前線，袁才趕到九連城，不久又逃至新民廳。
中日甲午戰爭以清軍海陸皆敗收場，袁奉命隨軍撤回天津。兩江總督張之洞聘請德國教官，德式在吳淞練「自強軍」；北洋胡燏棻聘德國人漢納根為教官，德式在天津小站編練「定武軍」10營；不久胡燏棻調職，奕譞、奕劻、翁同龢、李鴻章、榮祿聯名保薦袁練兵有功接辦。光緒皇帝和慈禧太后命袁世凱接替胡燏棻練兵。1895年11月19日，袁奉旨督練新建陸軍。袁派人到魯、蘇、皖、豫等地招募2250名步兵，300名騎兵，再加上4750名定武軍。新軍練成後，作戰兵力達7,000人，另有長夫、伙夫、馬吏3,800人；設有步兵5營、炮兵1營、工程兵半營；有重炮18門、快炮24門、馬炮18門；是中國近代首先採用西方陸軍編制的軍隊。袁開始在天津與塘沽之間的小站的練兵，史稱“小站練兵”，這股兵力後來成為清末陸軍主力，也是北洋軍閥的雛形。
袁在小站練兵以德軍為藍本，制訂一整套近代陸軍的招募制度、組織編制制度、軍官任用和培養制度、訓練和教育制度，以及糧餉制度等內容的建軍方案，基本上摒棄了八旗、綠營和湘軍、淮軍的舊制。在軍事裝備上，袁注重武器裝備的近代化和標準化，采用西方的先進技術，強調實施新法訓練的嚴格性。小站練兵培養了一大批近代新軍事人才，加快了舊軍隊的淘汰，促進了清軍的近代化。
袁善於籠絡人心，事必躬親，重視官兵福利，親自監督發餉，避免貪污舞弊，重視軍人的裝備是否齊全，士兵非常愛戴、感念。他也善用洗腦方法，每日操課前後，軍官都有「三問」，第一問：「我們喫誰家的飯？」所有士兵齊聲回答：「袁宮保的飯！」。二問；「我們穿誰家的衣？」齊答：「袁宮保的衣！」第三問：「那我們為誰家死，為誰家出力？」齊答：「為袁宮保死，為袁宮保出力！」士兵們皆將袁視為衣食父母，敬若神明。竟達到了只知有袁宮保，不知有大清朝的程度。
1895年，袁與徐世昌、張之洞等都列名參加康有為建立的強學會，并出資贊助。
戊戌變法期間，光緒帝近臣康有為與慈禧太后發生激烈爭鬥。手握重兵的袁成為雙方爭奪的對象。1898年9月16日，光緒帝聽從康有為建議，召見袁，賞候補侍郎，責成專講練兵事務，并隨時具奏應辦事宜。17日，康有為接到光緒帝密詔，密詔中光緒帝認為自己皇位不保。于是康有為派譚嗣同游說袁世凱，要他舉兵勤王。當晚，譚嗣同與袁秘密在京郊法華寺見面，譚嗣同要求袁率領敢死將士數百，擁光緒帝登上午門，殺榮祿，除舊黨。袁表示誓死效忠皇上，但表示立即舉兵勤王有困難，“殺榮祿乃一狗耳，然吾營官皆舊人，槍彈火藥皆在榮祿處，且小站去京二百余里，隔于鐵路，慮不達事泄。若天津閱兵時，上馳入吾營，則可以上命誅賊臣矣。”譚嗣同無奈同意。
根據史料記載，戊戌時袁傾向維新派，并未主動告密，袁親信張一麐所著《心太平室集》和榮祿親信陳夔龍所記《夢蕉亭雜記》，其真實情況是9月21日（八月初六）晚袁聽到楊崇伊從北京帶來的政變消息，袁以為密謀已經泄露，為避免自己被牽扯上罪責為族滅的叛國罪，于是將情況告知榮祿，這只是脫身之舉。
但也有部分人認為，在20日，袁向光緒帝辭行后乘火車回天津，立刻向榮祿告密，二人商議對策（一說袁世凱離京前密告給軍機大臣禮親王世鐸）。榮祿即日回京密奏慈禧太后，慈禧於翌日宣佈訓政，囚禁光緒帝。
1898年9月28日，清廷命榮祿節制宋慶、董福祥、聶士成、袁、直隸淮軍練軍綠營等約5萬人。
義和團在山東排教，以私刑方式殺死許多外國和中國基督徒，引發歐洲各國不滿。1897年11月山東曹州府爆發「曹州教案」，兩名德國神父被殺。由於此地的天主教聖言會受德國庇護，11月6日德國以此衝突為藉口出兵山東，武裝侵占膠澳地區。后引起連鎖反應，俄、英、法等競相效尤，紛紛爭占租借地。在此期間，袁考慮到既要防止德國等列強繼續入侵，又要防止民眾因生計而繼起反抗，進而引發教案，使列強乘機宣戰，先后向山東巡撫張汝梅、北洋大臣直隸總督王文韶、代理營務的徐世昌出謀劃策，預籌戰備。袁提出的建議促使清廷認識到山東局勢的嚴重性。
1899年3月31日，榮祿上奏成立「武衛軍」，轄前軍聶士成武毅軍、後軍黃福祥甘軍、左軍宋慶毅軍、右軍袁新建陸軍、中軍榮祿自募萬人，共7萬人。5月1日，榮祿命令袁和聶士成各率所部，開往山東境內演習。袁此行的目的，公開宣布的是“藉以彈壓匪類，保護教民”，實則是遏制德軍。
1901年袁上奏《山東試辦大學堂暫行章程折稿》，慈禧太后審閱之後，呈交光緒皇帝朱批
義和團興起于山東后，歷任山東巡撫李秉衡、張汝梅和毓賢在不同程度上同情義和團，並直接或間接地支持拳民，其中毓賢態度尤為明顯，甚至煽動民眾鬧事襲擾洋人。這引起列強對他的不滿。1899年12月5日，美國公使康格徑向總理衙門提出，要求撤換毓賢，以平息山東民教糾紛，美國公使稱：“假如沒有足夠武力的話，可把天津操練得很好的軍隊調去協助”，不點名的推薦袁代替毓賢。此意見亦符合慈禧太后及榮祿罷免毓賢，任命袁的想法。12月6日，袁被任命為署理山東巡撫。但而後義和團團民進入北京，並在慈禧太后同意之下開始殺害外國人，造成了庚子拳亂，1900年，八國聯軍之役爆發，山東省在袁治下得以維持穩定，並且加入東南互保。
義和團遭鎮壓后，清政府需向各國繳納庚子賠款，各地抗捐抗稅的事件頻發，終于1902年爆發景廷賓起義。起義農民“所有地丁捐款均概不繳納。”1902年3月3日，袁部正定、大名兩練襲擊景廷賓所在東召村。景廷賓汲取了義和團失敗的教訓，改倡“掃清滅洋”口號，發動了冀魯豫平原24縣的大起義，并殲減了袁部武衛左軍的一部。袁乃派干將段祺瑞、倪嗣沖等率剛剛編成的北洋軍步馬炮兵2000多人，由保定南下，又抽調武衛右軍先鋒隊數營，兩路合圍起義軍。至1902年5月間，廣宗、鉅鹿、威縣、南宮等地相繼易手，起義軍向山東和河南邊境轉移。6月12日，倪嗣沖率軍抵成安，景廷賓撤入河南，途中遭倪軍捕捉，當即遇害。
李鴻章臨終前推薦袁繼任，1901年11月7日詔旨：「袁世凱署理直隸總督北洋大臣」。
1902年6月9日，袁實授直隸總督、北洋大臣。6月25日，袁上奏《北洋創練常備軍營制餉章》。袁創設直隸軍政司，袁兼軍政司督辦。同年他順利從八國聯軍手中接收天津。
1903年12月4日，京師成立練兵處，奕劻為總理練兵大臣，袁為會辦大臣，鐵良襄同辦理，綜理全國練兵事務。
然而，景廷賓起義遭鎮壓之后，直隸又有1903年玉田縣農民起義；1904年，滋州、元氏一帶“在元會”以“仇教滅洋”為宗旨活動；1906年，祁口、大沽漁民為抗苛捐雜稅，群起搗毀稅局；1907年，平山、靈壽、冀州等地爆發反對征收警捐的風潮。由于清政府與各國立有“距天津二十華里，華兵不能駐扎”的條款，袁為保證天津租界地區穩定，乃創辦巡警制度，“以警代軍”。正如他說：“備軍所以御外侮，警兵所以清內匪。”不久組成天津偵探隊，又創辦天津巡警學堂，逐漸將警察網絡推廣全省。據當時報紙批評：“北洋偵探因貪功之故，偶有可疑之人，不問平日操業若何，即指為秘密黨，拘之于獄。既入獄后，又聞有用刑迫其供認者，生死不明，殊駭人觀聽。”
但是，袁任直隸總督期間，也有大力襄贊新政，包括廢除科舉、興辦學校、督辦新軍、發展實業、獎設工商等的成績。1901年上奏呈請建立山東大學堂（今山東大學前身），后來參與到北洋大學（今天津大學前身）、北洋工藝學堂（今河北工業大學前身）的建設中，他一手創辦的北洋軍醫學堂成為今天中華民國最高層級的軍醫學校國防醫學院。由他倡導的北洋新區，是中國地區率先采用西方現代城市規劃理念而建成的城市新區。
1905年9月2日，直隸總督袁、湖廣總督張之洞奏請立停科舉，推廣學堂。10月23日，陸軍在河間府會操，共有二鎮四協計3.32萬餘人，清廷派閱操大臣袁、鐵良前往校閱；10月25日會操結束。為中國地區歷史上首次大規模現代化正式野戰演習。
1906年2月5日，直隸總督袁、署兩江總督周馥、署兩廣總督岑春煊、湖廣總督張之洞電請外務部轉商駐京英公使薩道義，減少進口印度鴉片；2月6日，英公使薩道義答覆限制印度鴉片事，須俟中國自限栽種罌粟有效，始允照辦。2月11日，袁奏設高等師範學堂於天津，山東、河南、陝西、山西、奉天等省均可派生附學。2月17日，袁奏設礦務總局於天津，嚴禁私售礦產於外人。4月27日，袁派武備學生分赴德、奧學習陸軍。5月25日，清廷電飭袁、趙爾巽、程德全等協力進剿馬賊。6月13日，直隸總督袁派馬隊1,200人剿辦馬賊。6月28日，直隸總督袁批準北洋銀圓局立案開辦勸業鐵工廠。7月22日，直隸總督袁奏稱，法國撤減直隸駐兵，交還廊坊、楊村、北戴河、秦皇島、山海關各處兵營。8月6日，出使各國考察政治大臣戴鴻慈、端方到達天津，同袁討論籌備立憲及改革官制等事。8月9日，袁會商兩大臣奏改官制，並飭辦學各紳商會議地方自治制度。8月23日，袁委周學熙、孫多鑫收回唐山洋灰公司。10月22日，新建陸軍在河南彰德舉行秋操大典，袁、鐵良為總校閱官，10月25日舉行閱兵儀式。11月18日，袁片請開去參預政務等項兼差，又請將陸軍第一、三、五、六各鎮歸陸軍部統轄，直境第二、四兩鎮由其統轄督練。11月20日，清廷準袁片，開去各項兼差，並諭全國陸軍均歸陸軍部統轄，第二、四兩鎮暫由該督調遣訓練。12月21日，端方奏稱已商請袁先後調撥「海圻」、「海籌」、「海容」、「海琛」、「飛鷹」五艦入江，以資鎮懾。
1898年的戊戌維新因守舊勢力的強烈反對而未能推行。《辛丑和約》后，立憲聲浪日漲，慈禧太后宣布預備立憲，領導者正是掌握北洋大權的袁。1906年8月26日，清廷諭派醇親王載灃、軍機大臣奕劻、政務處大臣張百熙、大學士孫家鼐等暨參預政務大臣袁世凱，公同閱看考察各國政治大臣條陳各折件，請旨辦理。8月27日，慈禧太后召見袁，袁面奏先組織內閣，從改革官制入手。8月28日，清廷帝后召見大學士、軍機大臣、直督袁等，討論出使各國考察政治大臣條陳各折件，商討實施立憲事宜。9月2日，清廷為厘定官制，派載澤、世續、戴鴻慈及袁等14人公同編纂，並命端方、張之洞等六總督派員至京隨同參議，由奕劻、孫家鼐、瞿鴻禨總司核定；是日至10月7日，編纂諸大臣接連在朗潤園會議官制。9月13日，清廷據袁奏請於奉天省安東縣大東溝設海關分卡，歸安東關兼轄。9月26日，袁刊刻各國官制大略及組織之用意，分送各王大臣及政界中人。9月30日，戶部尚書鐵良反對改革官制，與袁大起衝突，鎮國公載澤嚴劾鐵良阻撓立憲。10月9日，內閣學士文海奏，欲去軍機大臣，設大總理，是欲學從前之日本權在大將軍，請即行裁撤厘定官制館，並請飭袁速回本任。10月17日，袁編刊《立憲綱要》，頒發直隸各屬。由袁主導的官制改革方案出爐，因對滿清親貴不利，又遭反對。慈禧又改換其他大臣繼續制定方案，最終形成對滿人官員有利的方案。
1907年1月13日，清廷諭軍機大臣著直督袁迅飭提督夏辛西統帶原統隊伍，前往山東督辦兗（州）曹（州）剿匪事宜。3月13日，盛京將軍趙爾巽、直隸總督袁聯電外務部，請與日使議訂《滿韓陸路通商詳細專章》。3月29日，都察院代表直隸、江蘇、山東三省京官籌款自建津鎮鐵路，清廷諭軍機大臣著袁、張之洞妥商辦理。5月17日，袁派蔡廷幹統帶軍艦「海容」、「海圻」兩艘游歷南洋，借以保護華僑。6月17日，清廷以軍機大臣、協辦大學士、外務部尚書瞿鴻禨「徇私溺職」命開缺回籍，朝野為之震動，是為清末「丁未政潮」。黨爭中林紹年請辭。7月10日，外務部以中俄北滿洲稅關章程業已互換，咨南洋大臣端方、北洋大臣袁，北滿洲稅關定期開關。7月12日，御史趙炳麟奏劾袁權重勢高，並引年羹堯為比。7月28日，袁奏請趕緊實行預備立憲，條陳管見十事，其要旨為：建政府、設資政院、辦地方自治、普及教育、融化滿漢界限；袁奏請簡派明達治體之大臣，分赴德國日本會同出使大臣考察憲法，並請簡擇王公近支聰穎特出者遣赴英國德國學習政治兵備，助預備立憲之施行。
1907年8月18日，天津縣議事會成立，選出正、副議長。8月24日，清廷電召直隸總督袁入京陛見，8月30日袁入京。8月30日，袁奏請以天津為模範，計劃全省自治辦法，期以三年一律告成，以為預備立憲之基。9月4日，清廷命外務部尚書呂海寰開缺，充會辦稅務大臣，以直隸總督袁為外務部尚書；任大學士張之洞、外務部尚書袁為軍機大臣。9月5日，袁請收回成命，命毋庸議。10月26日，湖北按察使梁鼎芬奏劾奕劻、袁貪私誤國，徐世昌、楊士驤、陳夔龍等夤緣比附，清廷詔以其摭拾空言，有意沽名，傳旨申斥。同時也使袁氏疏遠軍事，有明升暗降之嫌。同年，在袁世凱的運作下，中國第一支新式地方警察隊伍及最早的近代地方議會組織（天津議會），均正式成立於天津；同時，袁又下令直隸各州試驗地方選舉、地方自治和司法獨立。
1908年光緒帝、慈禧太后相繼去世，溥儀繼位，因溥儀年幼而由隆裕太后垂簾聽政，醇親王載灃任攝政王。3月9日，康有為致書梁啟超，力主聯絡肅親王善耆以打擊袁。
1909年1月2日，明降上諭：「袁世凱著即開缺，回籍養疴。」袁稱疾返回河南，最初隱居於輝縣，後轉至彰德府洹上村（今河南省安陽市）。在此期間，袁韜光養晦，隱居時仍關心政事。
袁世凱軍裝照
1911年10月10日新軍陸軍第八鎮兵變，引爆武昌起義，并成立以黎元洪為都督的中華民國軍政府鄂軍都督府；後相繼有多個省宣布獨立，支持反清；為取得交戰的合法地位，各方反清勢力均主張組建中央臨時政府。清政府內部清楚知道中國國內，僅有北洋軍可以抵抗叛軍，於是命陸軍大臣廕昌率軍南下鎮壓起義，但廕昌無力駕馭北洋軍。奕劻及內閣協理大臣那桐、徐世昌等人深感局勢嚴重，一致主張起用袁世凱，英美等國公使也建議起用袁，載灃見內外一致認為“非袁不能收拾局面”，唯有于10月14日任袁為湖廣總督，派其南下鎮壓起義。
陽夏之戰，北洋軍炮轟渡江撤退的革命軍，“中國紅十字會萬國董事會”派出隊員打撈浮尸
由于海軍全體昄依革命黨，北洋軍渡河受阻。袁坐鎮北方，鐵腕鎮壓長江以北的起義，以確保自身地位的穩固。
1911年10月27日，袁接任欽差大臣，任命馮國璋為第一軍總統，立即對湖北革命軍展開攻勢。30日，馮國璋縱火焚燒漢口，迫使革命軍退守漢陽，11月27日又攻占漢陽，革命軍撤入武昌。11月12日，山東宣布獨立，袁任命張廣建為山東布政使、吳炳湘為巡警道，赴濟南迫使都督孫寶琦取消獨立。
吳祿貞遇刺后，燕晉聯軍破產，袁派北洋軍第三鎮開赴山西，兵迫娘子關。1911年12月12日，北洋軍炮轟娘子關，革命軍棄關退走。12月，淮上軍欲西征馳援河南，袁調北洋第三鎮兩千多人南下阻擊，又派河南布政使倪嗣沖率武右軍進入安徽，于12月10日攻陷太和，繼則撲向潁州。于15日破城，“以剪發為革命軍符號，殺之無遺。”
1911年12月18日，耿世昌率領五百余革命黨人，發動任丘縣起義。袁聞訊，從保定調動兩營淮軍前來圍剿，最終將其徹底剿滅。12月29日起，陜西革命軍陸續東征，袁令第二鎮統制王占元、第六鎮協統周符麟集中兵力，挾野炮山炮五六十門向民軍進攻，又增調毅軍十營，將革命軍擊退至陜西潼關。又將革命黨人劉純仁、紀宗義、劉建中三人殺害。
1912年1月3日，灤州起義軍在知府衙門宣布起義，成立北方軍政府，聲明從屬中華民國，議和期內“袁氏不得派兵來攻”。袁則拘禁馮玉祥在海陽，令其無法與之會師。1月，藍天蔚籌劃組織北伐軍兩千人在煙臺登陸。26日，袁電告趙爾巽：“藍天蔚現暫駐煙臺為根據地，擬日內派一支隊于貔子窩附近登岸，其余大隊于日本租界域外之地點登岸，進攻奉天、牽制北方各軍，希飭嚴密探訪。”又派人到沈陽跟趙爾巽和咨議局議定辦法五條，其中第三條是嚴搜民黨，第四條是驅逐“急進會”會長張榕。
隨著戰事延長，部分革命黨人、相繼獨立的各省、海外華僑希望袁贊助共和，他們中有的希望袁回旗北向對付清廷，有的發出推舉其擔任籌備中的中華民國首任大總統的邀請。如10月27日，黎元洪勸袁率部下健兒回旗北向；11月2日，倫敦和芝加哥華僑電報，稱袁資格，適于總統；11月9日，革命黨人黃興以南方民軍司令名義親自致電袁，將袁與拿破侖和華盛頓做類比，表示若袁能直搗黃龍，南北各省都會聽命于他；11月12日，黎元洪又向袁表示，只要袁“能來歸”，第一任之中華共和國大總統就非袁莫屬。
另一方面，10月29日張紹曾等將領聯名向朝廷施壓，請求清廷盡快立憲，以政治變革回應南方獨立各省立憲派的訴求，史稱灤州兵諫。兵諫次日，清廷便宣布特赦國事犯（即政治犯），解除黨禁。11月1日清政府又宣佈解散滿人皇族內閣，11月3日頒布《憲法重大信條十九條》，資政院于11月8日推舉袁為內閣總理大臣，期間其居住于錫拉胡同19號四合院，原為慈禧之故居。11月13日袁從南方抵京組建組閣，11月16日以漢人為主的袁內閣名單公布。11月26日，北洋軍一舉攻克漢陽，這樣既能給清政府內部主戰派有所交代，又能迫使黎元洪談判。同時，英國駐華公使朱爾典有意調停戰事，愿意促成袁內閣與黎元洪停戰議和。在起義軍節節失利的情況下，黎元洪通過英國駐漢口總領事與袁聯絡，有意停戰，并于11月30日達成停戰協議。12月2日，《時報》發表袁的政見，他呼吁各方以大局為重，滿漢兩族冰釋前嫌，主張清廷君主立憲，以避免國家分裂，他會與進步黨中的民主共和派和君主立憲派通力合作，使各事都能處置妥當。他說：
在南方獨立各省為組建中央臨時政府召開的聯合會中，1911年12月2日《漢口會議》確定“虛臨時總統之席以待袁君反正來歸”。12月4日的《上海會議》根據《漢口會議》的精神，決定暫緩選舉臨時大總統，以虛位待袁，同時決定大總統職權暫由大元帥行使，選舉黃興為大元帥，遭到黎元洪等人反對。《南京會議》改選黎元洪為大元帥，因其在武昌，不方便到南京工作，所以讓黃興代職。而黃興力辭不就，組建中央臨時政府陷入僵局。12月18日，袁世凱和黎元洪派代表在上海就政體、清皇室善后、大總統的確立等問題展開討論，南北達成共識，召開國民會議表決相關議題，根據當時的形勢，袁無疑將當選民國首任總統。這樣的結果是同盟會不愿接受的，12月29日，同盟會連夜赴南京召集代表開會，提出成立政府，并選出孫中山為南京政府臨時大總統，12月31出版的《紐約時報》報道指出參加這次選舉的代表未經各省民意正式授權，僅持有各省督軍或領導人信函。孫中山致電袁，解釋原因稱東南各省久缺統一機關，行動困難，總統之職只是暫時擔任。
1912年1月11日，北洋軍全體將領通電清廷，稱軍情緊急，請求王公大臣捐獻私財，毀家紓難，共濟時艱。這其實是袁壓制清廷主戰派的手段。1月12日，奕劻配合袁世凱在宮廷會議上提出皇帝退位和民國政府優待清室條件。1月16日袁親自上奏隆裕太后，說自古無不亡之國，大清皇帝退位仍能保持尊號，享受歲費。在當日上午退朝回家路上，袁遭到中國同盟會京津分會組織的炸彈暗殺，炸死袁侍衛隊長等十人，袁倖免於難。袁后來稱病休息，但繼續讓他的親信代他逼宮。1月18日，孫中山以提出《五條要約》的方式向袁攤牌，企圖做實南京臨時政府。經過反復修改又于1月22日以公諸報端的方式將幕后談判全部曝光，勢同最后通牒，這不但令袁極其尷尬和不滿，也讓議和全權代表伍廷芳盡失顏面。袁以孫中山提出的條件與南北雙方協商的內容不一致為由拒絕接受，袁認為，如果清帝退位后各國不能及時承認中華民國，南京臨時政府又不能統一中國，中國便成無政府狀態，這樣就無法維持秩序，對付外人。如果孫中山一定堅持己見，他不得不作廢先前談妥之事。期間，革命黨孫中山黃興與陳其美等人同時推動向英日俄等外國勢力借款，以籌備與袁決戰，但未能如願。袁為少生枝節，屢屢向孫妥協，同意同盟會多人進入總長之列，同盟會最終如愿以償。袁於是加快了逼宮的腳步，1912年1月26日，在袁授意下，段祺瑞等北洋軍五十位將領發布了《北洋五十將乞共和電》，向隆裕太后逼宮，不久，段祺瑞又發表《乞共和第二電》，直接挑明「謹率全軍將士入京，與王公剖陳利害」，直接以武力恐嚇隆裕太后，隆裕于2月12日頒降懿旨，接受《優待清室條件》，幼帝溥儀退位，清帝國把政權交給袁世凱，讓他組織臨時共和政府，清朝統治宣告終止。她在《宣統帝退位詔書》中說：
南北議和後，1912年2月13日，袁通電“贊成共和”，孫中山向臨時參議院提出辭職咨文，2月14日南京臨時參議院批準。2月15日，南京參議院正式選舉袁為中華民國臨時大總統。
袁迫使清帝退位後，孫中山及南京臨時政府為了防范袁獨裁，維護民主共和制度，制定了《中華民國臨時約法》，變總統制為責任內閣制，孫中山辭職時提出了定都南京、新總統到南京就職和遵守《中華民國臨時約法》三項條件。袁在復電中稱自己“德薄能鮮，不敢承擔總統一職；如今北方危機四伏，險象環生，目前不便南下；自己經反復思量后，與其孫大總統辭職，不如世凱退居”，電報公布后，各方輿論紛紛反對定都南京。孫中山隨后與臨時參議院討論投票決定定都地點，結果參議院以20票的壓倒多數反對定都南京，但孫仍堅持主張，最后在黃興的威脅及吳玉章等人的疏通下，臨時參議院又重新投票，并以19票比17票的結果通過定都南京。2月29日，北京兵變后，袁決定在北京就職，成立北洋政府。3月11日，孫中山頒布了臨時參議院通過的《中華民國臨時約法》，袁表示擁護《臨時約法》。唐紹儀內閣在施政上反映了同盟會約束袁的要求，引發袁的強烈不滿。6月間，國務總理唐紹儀任命非袁嫡系的王芝祥為直隸總督，袁原本同意，后指使北洋將領通電反對，并不經內閣副署發表了改任王為南方軍宣慰使的命令，破壞責任內閣制，唐紹儀及四位同盟會閣員被迫于6月16日辭職并離開北京。袁先提出了無黨派的陸征祥組閣，參議院因其發言不當新提閣員全部被否決而流產。北京軍警指參議院挾持私見，黎元洪責違背共和精神，章炳麟斥責為“奸府”，請袁便宜行事，盛傳將解散參議院，參議院迫于形勢，通過了袁提出的閣員，次日彈劾陸征祥失職，陸稱病請假，袁任命趙秉鈞代理，至此內閣被袁直接控制。
孫中山讓位總統后，從事國家建設，宣傳民生主義、事業發展、鐵路計劃，黃興請辭南京留守，表示沒有割據的意思。內閣問題發生后，袁邀請孫中山、黃興前往北京，消除爭端。應黎元洪的請求，袁召集了武昌起義首義者之一，被尊為共和元勛的張振武和方維，以“圖謀不軌”于8月16日在北京殺害，引發臨時參議院和黃興的言辭責問。袁為離間黎元洪和同盟會，將黎元洪的來電公布，使得黎元洪無法辯駁而只能依附袁。8月下旬，孫中山和黃興北上，孫在北京停留20多天，與袁會面13次，希望袁作正式總統，十年內練陸軍百萬，建筑鐵路十萬里，袁授予計劃全權。為了讓袁放手作為，孫、黃同意由趙秉鈞出任內閣總理。9月25日，袁發表八大政綱。10月，梁啟超得到袁的諒解，從日本返國，在北京受到袁的隆重歡迎，頗受感動。
在1913年2月舉行的民國首次國會選舉中，國民黨獲得多數議席，按約法精神應由該黨理事長宋教仁出任國務總理，不料宋于3月20日在上海被暗殺。時人普遍認為袁授意暗殺，引發全國聲討。《民權報》發表《膽大妄為之袁世凱》、《大總統之叛逆》等文，稱袁為“專制魔王”，提出“以暴易暴，慘無人道，欲真共和，重為改造”的口號。3月26日，孫中山抵達上海，與黃興會晤，號召武力討伐袁，但遭到黨內人士反對，經過3個月未能組織起討伐袁的力量。4月26日，袁未經國會同意，以全部鹽稅收入作為抵押，與英、法、德、日、俄五國銀行團簽訂2500萬英鎊的“善后大借款”。4月7日，袁發布秘密動員令，5月1日起用段祺瑞代理國務總理，開始軍事部署。
5月6日和15日，袁召開軍事會議，規定：“有攻擊南方敵軍任務之北軍，第1期對于湘、贛、皖、蘇作戰，利用京漢、津浦兩路線集中，以鄂省為主要策源地，并以海軍策應沿岸，兼妨害敵軍之集中。”又以段芝貴為第1軍軍長，率2、6兩師及毅軍駐豫、鄂邊境，以馮國璋為第2軍軍長，率第3師及張勛、雷震春、倪嗣沖各部，分別由津浦路與河南兩路向寧、皖推進。并先后收買了黎元洪和海軍。
5月21日，袁發最后通牒，“現在看透孫、黃，除搗亂外無本領。左又是搗亂，右又是搗亂。我受四萬萬人民付托之重，不能以四萬萬人之財產生命，聽人搗亂。自信政治軍事經驗，外交信用，不下于人。若彼等能力能代我，我亦未嘗不愿，然今日誠未敢多讓。彼等若敢另行組織政府，我即敢舉兵征伐之！”下令免去江西都督李烈鈞、廣東都督胡漢民及安徽都督柏文蔚的職務，并派兵南下。
7月12日，李烈鈞宣布獨立組織討袁軍，“二次革命”爆發，隨后安徽、廣東、福建、湖南、上海和重慶相繼宣告獨立。9月，馮國璋與張勛攻占南京，各省相繼取消獨立，北洋勢力擴展到長江流域，孫中山、黃興、李烈鈞和胡漢民逃亡日本。袁則在國內逮捕殺害大量國民黨員，查封親國民黨報紙。
1913年10月10日袁正式就任中華民國大總統之后，各國駐華使節覲見合影
1913年10月6日，中華民國大總統選舉過程中，袁派手下偽裝組成的公民團數千人包圍國會，打著“公民團”的旗幟，叫喊「今日非將公民所矚望的總統選出，不許選舉人出會場一步」。從早上8時到晚10時，議員忍饑挨餓，連續投票3次。然而，在前兩輪投票中，袁世凱仍然分別只得到了471票和497票，未達到法定四分之三的票數規定。最后，議員被迫選袁為正式大總統。10月10日，袁在中華民國正式大總統就職演説中，談及個人從政生涯及共和國成立后，法律、道德、教育和實業發展等方面問題。10月14日，由國會編制的《天壇憲法草案》脫稿，乃是《中華民國臨時約法》的增訂版。袁10月16日在《致眾議院咨請增修約法案文》中指出臨時約法限制過苛，而臨時約法第五十五條規定大總統有提議增修約注之權，所以爲了政務統一，要求國會擴大總統職權。但國會將大總統的提案置于勿庸討論之境地，并在此后再三拒絕聽取袁的陳述。袁的意見遭國會堵塞后，他向全國各省軍民長官發出通電，公開陳述自己對憲法草案的意見，以爭取國會外乃至整個社會的支持。各省軍民長官在電復中均支持袁的意見。
1913年11月4日，袁根據警備司令官查獲贛省起事（即二次革命組成部分）領導者李烈鈞與國民黨本部及國民黨籍國會議員有密電來往勾結之實，遂發佈《解散國民黨通令》，并取消國民黨籍議員的資格，內中指出：
國民黨籍議員的資格取消后，國會因法定人數不足而休會，袁派員組織中央政治會議作爲臨時替代機構，在召開的首次政治會議上，袁指出內政紊亂是因部分人錯誤理解平等、自由和共和的內涵所致，還聲明亂黨人員失敗后捲公款而逃，并談及外交及司法獨立問題。1914年1月，袁根據黎元洪等人及政治會議的意見，將國會解散。1914年3月31日，袁頒布了以“民告官”爲特色的《平政院編制令》。1914年5月，袁公布《中華民國約法》，改責任內閣制為總統制。1914年12月29日，公布《修正大總統選舉法》，規定總統任期十年，可以連選連任。
1914年，第一次世界大戰爆發，袁政府要求德國把侵占的山東半島權益交還中國，遭拒。當時美國注意力已轉移至歐洲，而英國則希望日本能成為在其遠東的盟友，日本于是在8月23日以英日同盟（協約國）為理由出兵占領了德國在中國的勢力范圍膠澳地區（今屬青島市）和山東膠濟鐵路沿線地帶。袁政府分別在1914年11月18日和1915年1月7日兩次要求日本政府從中國撤軍。
民國初期，臨時大總統孫中山所主導的南京臨時政府為從日本獲取資金，打算與日本軍部關系密切的三井物産森恪簽訂近乎出賣中國主權的《中日合辦漢冶萍借款合同》。1915年2月2日，日本趁歐美各國無暇東顧之際，秘密向袁提出了五號共計二十一個條款（簡稱《二十一條》）的無理要求，而其中部分條款就是以孫中山早前提出的若干出讓中國主權的條款為底本，如有關漢冶萍公司的條款及孫中山與森恪之間達成的以租借滿洲給日本為條件的秘密借款案。日本還逼迫袁政府承認日本取代德國在華的一切特權，進一步擴大日本在滿洲及蒙古的權益，以及承諾聘用日本人為顧問。日本的要求等同于將中國納入成為其保護國。美國聞訊雖對日本提出抗議，但日方並沒有收回其主要要求。
《中日民四條約》文本
從1915年2月2日到5月7日，歷時105天，袁政府與日方談判20多次。在談判中中國代表對日本的要求多有抵制。袁政府采取各種辦法拖延時間并向社會各界透漏日本之無理要求，以期國際社會-{干}-涉此案，并喚起國內輿論討伐日本，國內民眾反對《二十一條》的呼聲日漸高漲，4月26日，日本代表提出最后修正案，做出一些小讓步。5月1日中國方面提出修正案，仍堅持自己的立場，于是日本政府刪除對中國最為不利的第五號要求。5月6日，袁在《大總統袁世凱致各省電》中稱：
日本政府終于惱羞成怒于5月7日向袁政府發出最后通牒，限5月9日下午6點前答復，否則將執行必要之手段。此時的日本擺出大戰一場的姿態，軍艦在渤海一帶游弋，山東、奉天兵力增加，關東戒嚴，日僑紛紛回國。5月8日袁召集政府要員開會，袁認為日本已收回對中國最為不利的第五號各條款，其他條款已非亡國條件，為避免開戰，所以接受日本條件。他說：
在日本的脅迫下，袁政府5月9日在回應了日方的最后通牒后將當日定為中國國恥日，史稱五九國恥。此后，雙方分別準備簽約事宜，在條約文字內容上仍有不少折沖，最后于5月25日在北京簽署《關于山東省之條約》、《關于南滿洲及東部內蒙古之條約》及13件換文，總稱《中日民四條約》，與《二十一條》原案比較，中國損失相較于原案已盡可能減小到最低程度。近年來一些新資料表明，條約簽訂之前袁政府還有另一重壓力，當時日本駐華公使日置益向袁面遞《二十一條》時曾說：
袁著傳統袞袍祭祀服祭天
1915年夏，北京政局動蕩不定，共和政體以來亂象不斷，《二十一條》剛交涉結束，“共和不適于中國國情”之言論不斷在社會上傳播。8月3日，由通曉中國事務的前哈佛大學校長查爾斯·艾略特為袁安排憲法顧問弗蘭克·約翰遜·古德諾發表《共和與君主論》稱：“……大多數之人民智識不甚高尚……由專制一變而為共和，此誠太驟之舉動，難望有良好結果……中國將來必因總統繼承問題‘釀成禍亂’……如一時不即撲滅，或馴至敗壞中國之獨立……中國如用君主制，較共和制為宜，此殆無可疑者也”。從世界形勢看，當時采用君主立憲政體的強國亦不在少數。
8月14日，有十三太保之稱的楊度和孫毓筠等人成立籌安會，發文支持施行君憲。楊度認為，國家須一元領導才能安定，在安定環境中才能立憲，并逐漸富強。他指出，只有君主立憲才能救中國，其一：中國人文化程度低，共和難以立憲，只有君主才能立憲；其二，共和國選舉總統時易動亂。8月23日，籌安會召集各省文武官吏和商團進京商討國體事宜，除少數表示擁護共和外，大都表示必須改變國體。8月25日，蔡鍔等北洋軍人請愿帝制。袁克定亦偽造《順天時報》，營造日本支持袁稱帝的氛圍。
9月1日，參政院開幕，請愿團紛紛向參政院請愿施行君憲制。蔡鍔、沈云沛、周家彥等人也在同日請愿改變國體。袁世凱在9月6日說：“本大總統所見，改革國體，經緯萬端，極應審慎，如急遽輕舉，恐多窒礙。本大總統有保持大局之責，認為不合事宜”。梁士詒又在9月19日成立全國請愿聯合會，向參政院呈上二次請愿書，要求召開國民會議，票決國體。10月6日，參議院收到建議改國體為君憲制的各省代表請愿書83件。依參政院起草的《國民代表大會組織法》，由全國選出的國民代表共計1993人于1915年12月11日上午9時就國體變更問題投票，結果全票通過君憲制。當日，各省代表請袁接受推戴書，袁以“民國初建，本大總統曾向參議院宣誓，愿竭力發揚共和，今若帝制自為，則是背棄誓詞”為由婉拒。當晚，孫毓筠等人又以參政院總代表的名義呈遞二次推戴書，稱：
12月12日，袁宣佈改次年為洪憲元年，準備即皇帝位當日早上，袁申令“天下興亡，匹夫有責，……但億兆推戴，責任重大，應如何厚利民生，應如何振興國勢，應如何刷新政治，躋進文明，種種措置，豈于薄德鮮能所克負荷。前次掬誠陳述，本非故為謙讓，實因惴惕文縈，有不能自己者也。乃國民責備愈嚴，期望愈切，竟使子無以自解，并無可諉避”，袁接受第二次推戴后，袁的外國顧問團仿照《日本皇室典范》擬定《新皇室規范》：
中華帝國國旗
此后，中華帝國進入籌備階段，欲改年號為洪憲，意為洪揚憲法，總統府改為新華宮。然而蔡鍔、唐繼堯等人在1915年12月25日聯名通電全國，宣布云南獨立，舉行護國運動，西南爆發反袁運動。袁得知消息后，于12月29日下令免去蔡鍔等人職務，稱蔡鍔討論國體問題時，曾聯合北京的高級軍官首先署名主張君主立憲，后請假出國就醫，怎會秘密回到云南，袁不相信蔡鍔欺騙自己，但無論宣布云南獨立的通電是否受人脅迫或被奸人捏造，唐繼堯、任可澄都應承擔地方之責，蔡鍔行跡詭秘，不知遠嫌，所以將他們三人免職，聽候查辦。原令如下：
蔡鍔當初多次勸進袁君主立憲制，后來卻又起兵討袁，袁才明白自己被蔡鍔欺騙了。1915年12月云南起義爆發后，袁組織北洋軍征伐滇軍，互有勝負。與此同時，中華革命黨和日本帝國也趁機活動，日本早在1916年初就開始密切關注中國動向，袁政權并不符合日本在華利益，因此日本在背后以各種手段支持反袁勢力。雖然部分官員及參政院奏請袁世凱早日登基，但隨著戰勢的加劇，人心不穩，黔、蜀、粵等省相繼宣布獨立，馮國璋于1916年3月18日聯合5名將軍發密電致各省將軍，就迅速取消帝制、懲辦禍首、停戰議和等征求各省將軍同意。袁世凱在內外交困之下，於1916年3月22日召秘書張一麟起草文告宣佈取消君主立憲國體，退回各省區推戴書，所有籌備事宜停止，中華帝國隨之流產，張一麟憶述當時情形：
1916年袁世凱葬禮
袁世凱在《撤銷帝制令》中申明，民國建立以來變故紛乘，憂國人士多主張恢復帝制以結束爭端。1913年后，主張帝制的聲音不絕于耳，每次都遭他呵斥。1915年形勢有變，多數人都說若不施行君主立憲制，就不能救亡圖存。且看墨西哥革命后的內戰及葡萄牙第一共和國成立后，越南、緬甸一定會步其后塵。帝制論者言之有理，各界紛陳來電呼吁帝制。而自己一再聲明有維護國體之責，但主張帝制者依然堅持，所以他決定由國會解散國體，大家一致贊成君主立憲。他說，數千年來帝王子孫之禍不斷，而主張帝制者本意是鞏固國基，然愛國誤入歧途足以害國。反帝制者也發表了政見，但不能矯枉過正，危及國家。他望各方摒棄異見、同心協力，神州華裔不應同室操戈。并將所有責任歸咎于己，不怪罪他人。
5月4日，梁啟超電勸段祺瑞出以果斷，勸袁退位。5月6日，袁通電陳宧，同意自大總統之職退位，但需要先商定善后。馮國璋聯絡各省于5月17日組織召開《南京會議》，因各省區將軍代表謀略不一，會議無果而終。
早在3月27日，袁的身體即出現病狀，報載袁病失音，疑系尿毒癥。5月16日，袁的腰和枕骨出現疼痛癥狀，飲食銳減，不能入寐。5月28日袁病重，顏色憔悴。6月3日病篤，飲食即吐，小便癃閉。6月5日中午袁猝暈，6月6日上午10時15分袁逝世。袁謝世之日，他的書案上有他親筆書寫的一句話“為日本去一大敵，看中國再造共和”。
1916年6月8日，袁尸體入殮。據袁之女袁靜雪回憶，對于以何種殮服入葬的問題，盡管袁世凱“孩子們的主張不一”，但袁妻于氏找到徐世昌，提議以龍袍入殮,說袁世凱雖因稱帝敗亡，“但他是喜歡這一套的”，“不枉他搞了一場”，“讓他死也瞑目”。徐覺得“冕服在棺內”，“外人看不見”，因而同意。又據袁之孫袁家賓回憶，“因為天氣熱，又過這么久才入殮，因此除了他的尸體還在繼續散發臭味外，他那原本就很胖的軀體更加臃腫起來，家中所有的衣服都穿不上了。有人就建議，衣庫里還存有龍袍，非常肥大，何不取出穿上。袁克定說，等與黎元洪、徐世昌、段祺瑞商量一下再說。后經黎、徐、段等同意，才穿龍袍入殮。龍袍是紫紅色，上繡九條平金線金龍，龍眼上各嵌大珍珠一顆，龍頭各部鑲有小珍珠，龍麟處綴有珊瑚斷片。”入殮時，袁世凱“身服十二章之祭服”，頭戴天平冠，“足穿方頭靴”，“幾如大行皇帝”。
盡管他在遺囑中說“余之死骸勿付國葬，由袁家自行料理”，繼任者黎元洪則以“民國肇建，……（袁）奠定大局，苦心擘畫，昕夕勤勞，天不假年……所有喪葬典禮……務極優隆，用符國家崇德報功之至意”命國務院為袁世凱舉辦一場集古今中外皇庶官民新舊典章于一舉的國葬。令各官署、軍營、軍艦、海關下半旗二十七日，6月28日出殯日全國下半旗一日，鳴砲108響，京師學校當日停課。出殯當日，仿德國皇帝出喪，“將靈櫬置于炮車上，特由衛侍武官及衛士以人力推挽而行，并派段芝貴及李進才為保護靈車長官。”靈柩扛夫“系仿前清親王制用八十人”，用紅杠、紅繩（按清制，皇帝棺柩用黃色，親王用紅色），舉行祖奠禮、啟奠禮、孝子服飾、殯前執事儀仗等禮，“大半襲中國古代帝王梓宮奉安之舊習”。以致時人評價，袁世凱出殯“典禮備極崇隆”，“儀仗之矞皇，裝潢之華麗”，不論是“未成君之皇帝”，還是“已解職之總統”，“其資格亦不過一平民而已”，“以平民而上擬帝、后大喪，以民國而摹效奉移大典”，如此不足“昭示來茲”，承辦喪禮諸人本意“欲尊項城”，結果“反以重項城泉下之罪”。
袁世凱墓園的命名，袁克定原本欲取“袁陵”，但徐世昌以時局不安，不如取名“袁公林”，因二字諧音，且據《說文解字》，二字“可以互相借用”，“避陵之名，仍陵之實”。北洋政府根據其「葬吾洹上」的遺願，委派河南巡按使田文烈趕赴河南安陽慎選堪輿，勘定吉壤，最終選定洹水北岸，工程持續近兩年，由北洋政府撥款50餘萬銀元，徐世昌、段祺瑞、王士珍等8人募捐25萬余銀元建成。
“二次革命”失敗后，袁利用軍政執法處殺害的人即“數以千計”；其中較為著名者有：四川會黨領袖張百祥，密謀刺殺袁的程澤湘，辛亥南京革命軍正參謀曹錫圭，山東同盟會支部長徐鏡心，四川民政長張培爵，北京《民主報》總編輯仇亮，江蘇第三師旅長張秀全，南京臨時政府交通部司長林逸民，湖北軍政府北伐學生軍隊長方亞凡，辛亥山東煙臺民軍營長左憲章，河南革命軍參謀余國楨等。1913年9月黎元洪捕殺革命黨人寧調元、熊樾山。次年段芝貴在湖北全省進行“清鄉”，從6月至11月破獲“亂黨之案百數十起”。1914年6月湯薌銘破壞“長沙革命黨機關”，逮捕四十多人，其中二十九人被慘殺。倪嗣沖于安慶設探訪局，任命王之綱為局長，人稱王為“活閻王”，在兩年之中竟殺害革命黨人五百七十余人。1914年3月，龍濟光派兵“清鄉”，迭次破獲亂黨機關，“厥功甚著”，袁特贈他一等嘉禾章。
1913年8月，北京《愛國報》編輯丁葆臣（楨）作“時評”說：“軍人為國家賣命，非為個人賣命者。為個人可謀生計之處甚多，何必從軍。”便被軍政執法處逮捕，以“跡近通匪、煽惑軍心”的罪名，加以殺害。1914年4月2日，袁公布《報紙條例》，警察機關可以用“妨害治安”等理由，任意查封報社，禁止報紙發行，以致逮捕編輯、記者，判處徒刑。
1914年3月2日，袁公布《治安警察條例》，規定“嚴禁秘密結社”和“同盟罷工”等。5月20日又公布了《地方保衛團條例》，命令各縣建立“保衛團”，負責“清查戶口”、“搜捕盜匪”。11月又先后公布恢復肉刑的《易笞條例》和《懲辦盜匪法》。
袁北洋政府時期極具中國傳統文化特色的十二章國徽
清朝入主中原后，雖然實行剃髮易服政策和文字獄，但同時也尊崇儒學與孔子。袁逼宣統帝退位之后，延續清朝的尊孔，1912年9月20日，袁頒布《尊崇倫常文》，提倡國民尊崇儒家倫常，他在《通令國民尊崇倫常文》中說：
1913年6月22日，袁頒布《尊崇孔聖文》，并在《中華民國憲法草案》里規定：“國民教育以孔子之道為修身大本”。1914年8月頒布《暫行祭祀冠服制》，這是一部以明代祭服制度為主體，結合“周制”概念擬訂的祭祀冠服條例，恢復漢服式祭服，并于同年冬至在北京天壇舉辦具有漢人政權特色的祭天典禮。1914年9月25日，袁世凱又頒布《祭孔令》，明令中央和各地方須在孔子誕辰之日舉行祭孔活動，并于28日舉行中華民國官方首次“官祭孔子”活動，又令財政部撥款修繕北京孔廟。1914年11月3日，袁世凱在《箴規世道人心告令》中稱“忠孝節義”為國粹，指責亂黨破壞中國社會秩序：
另外，華人四大節日與春節的設立也與袁世凱有關。農曆新年的第一天“元旦”是中國的傳統節日，可上溯至4000多年前，而現行的春節歷史卻很短。1913年，袁批準以農曆正月初一為“春節”，例行放假；而元旦改為國曆一月一日，從1914年開始實行并延續至今。
新軍操練場景
1903年起，袁開始著手中國軍事現代化的工作，在中國軍制改革、軍事教育、建軍治軍、近代警察制度等方面做出大量有益嘗試。在華北組建中國近代第一支新式軍隊，雇傭德軍教官，創辦警、步、馬、砲、工、輜等兵科，設立現代化的通訊兵學校，培養大批軍事人才，先后有5人當上中華民國總統或總理。至接掌北洋，裁撤舊軍改編警察，令中國軍警分離，清末巡警制度的創立是中國警察制度近代化的開始。
對外軍事方面，袁在1884年朝鮮王朝的甲申政變中，在無法得到國內指示的危機時刻，當機立斷，率軍擊退日軍，瓦解了朝鮮親日派和日軍顛覆朝鮮政權的圖謀。之後，在袁任清朝駐朝鮮大臣期間，他盡一切可能擴大中國在朝鮮的影響力，成為朝鮮王朝內最有權勢的人物，全面掌握朝鮮的商業、外交事務和內政。義和團運動爆發后，在山東的袁世凱與兩廣的李鴻章、湖廣的張之洞，兩江的劉坤一，一起組織了東南自保運動，反對朝廷對於義和團的支持、也反對朝廷對外國的宣戰，並在他們的管轄範圍內鎮壓拳民，保護在華外國人的安全。雖然這一政策對於民族主義者來說具有反動性，但是也正是這一政策使得經濟昌盛的東南地區，避免了義和團運動帶來的社會混亂與外國武力的入侵。
工業方面，他積極發展實業經濟，1905年，他出面籌錢，督修了中國人自己建造的第一條鐵路京張鐵路，自1912年到1914年這3年間，新開的工廠為4000多家，民族資本興建的面粉廠、火柴廠、卷煙廠、造紙廠以及采煤、冶煉企業，得到長足發展。袁世凱在遭譴歸隱之后還說出“官可不做，實業不可不辦”的話。袁當政時期，頒布實行了一系列有利于中國民族工業發展的經濟政策，扶持弱勢的民族工商業，提倡國貨，增加進口稅并減少出口稅，加強國貨競爭力，擴大國貨銷售市場。
農業方面，袁在興辦農業教育、創設農業基金和推廣農業新技術方面做出嘗試。
財政金融方面，袁籌公債、整頓稅收、開辦銀行、疏通金融、改革幣制，這些舉措不僅緩解了當時的財政危機也促進了中國近代財政金融的現代化。
在對外經濟交往方面，袁主動對外開放，開通商埠，這在近代中國對外開放的歷史進程中具有重要意義。袁主張引進外資和僑資，前后素志不移，這在蘇杭甬鐵路、文辭協議、中美輪船公司等問題上即有體現。經過袁的治理，中央財政也有很大改觀，從民國初年的借債度日到每年庫存可余兩千萬元。
1903年，直隸總督袁世凱（中）察看京師大學堂譯學館，與該館監督朱啓鈐（右）、管學大臣張百熙（左）合影。
袁世凱興學重教，主張廢除科舉，興辦新式學校，積極倡導學子留洋。他與張之洞在1905年建議清廷廢除了沿襲一千多年的科舉制度。，在財政捉襟見肘的情況下，袁推廣免費的新式學校，即四年制初級小學。他強調教育的重要性：國家之繁榮昌盛，實繫於國民之品德、知識和體力之高超，若欲提高此三者之水平，必得強化公民教育。袁曾上奏《山東試辦大學堂暫行章程折稿》，同時調蓬萊知縣李于鍇進行籌備，《折稿》獲光緒皇帝批準，山東大學的前身山東大學堂正式成立，為山東高等教育寫下濃重一筆。袁任直隸總督期間，頒行了一系列教育法規，創建學校司、提學使司、勸學所等近代新式教育管理機構，形成河北近代教育行政管理體制。另外，他多方籌措經費，培養師資，編輯新教材，創建新式小學、中學、大學和各種軍事學堂、實業學堂等新教育設施，建立河北近代新教育體系，從而使河北教育擺脫了舊教育的羈絆，步入近代化的發展軌道。
袁在政治層面的成果體現在清末政體、官制改革、近代法律、地方自治、維護領土完整等方面。袁積極推進中國民主化進程，袁在晚清時期高舉“立憲”大旗，幾乎是孤軍奮戰請求立憲，對晚清憲政起到了至關重要的作用。在他的逼宮下，清朝皇帝退位，亞洲第一個共和國中華民國得以成立。袁作為編纂官制大臣，直接參與官制改革的討論與決策，在官制改革中的作用舉足輕重，他對文官的等級、任用、考試、懲戒、保障、甄別、恤金、待遇均制定了專門的法律，初步形成了一套文官管理制度，其中文官候選人考試，以考察行政能力與一般知識為主。并建立廉政機構，設置平議院，專門審理官員犯罪案。在法律建設上，袁大力提拔、舉薦和重用新式法律人才，改革和完善近代司法制度，對引進西律、修訂舊律，加強中國法制現代化起到重要作用。袁還是地方自治制度的積極參與者，在天津推行地方自治、試行普選制開全國先河，其成效影響深遠，直隸省（今河北省）也因此成為當時的模范省。全國各地借鑒天津地方自治的成功經驗，地方自治之花遍地開放。
禁毒禁賭也是袁的一貫主張。清末的煙館是重要的社交場所，風氣敗壞，直隸總督袁在1907年5月19日上奏的《預籌革除鴉片折》中表示：「鴉片之害，荼毒生靈，虛糜金銀，不可勝計，實為中國貧弱之源」，袁所領導的直隸省設立了200余個戒煙分所，先后鏟除煙館800多個，查獲秘密販煙案1300起，在禁止種植罌粟方面，他多次頒布曉諭，倘有偷種之戶，立將煙苗劃去，地畝充公。當選民國總統后，袁更規定吸鴉片者立即戒除，販者分別停歇，種植者若不將煙田改種他物則一律治罪，凡官員故縱者，按情節輕重予以懲治，期間頒布的《禁煙令》至少有七次之多。在禁賭方面，袁自小站練兵時期就禁止軍隊賭博，在其制定的《簡明軍律二十條》中有兩條為罰律，其中之一即是關于賭博，犯者插箭責罰。直隸總督時期，在直隸師范學堂和小學堂《學堂條規》中規定學堂上下人等一概嚴禁賭博，違者由總辦分別責飭開革。任職民國總統后，袁世凱則以法令的方式禁賭，1912年6月頒發的《暫行新刑律》對賭博者、開設賭場者規定有不同的刑罰。
1876年夏，清末狀元張謇與袁同為吳長慶的文武兩大幕僚，吳長慶命袁對張謇執弟子之禮，故袁每次寫信給張謇都尊稱“夫子大人”，面見時則稱“季直師”（張謇字季直）。吳長慶病逝后，張謇和袁各奔東西。不過，等到袁成為民國大總統后，在給張謇的書信電報里，卻改稱張謇為“張老先生”或“季直先生”。袁決定恢復帝制后，準備任命張謇為農商總長，此時的稱呼又從“先生”改為“季直兄”或“仁兄”，張謇則回信說：“夫子尊稱不敢，先生之稱不必，我兄之稱不像。”不久，袁自封皇帝，“特聘”張謇為他的“嵩山四友”之一，還派“欽差”專送一幅《嵩謇山四友圖》給張謇，但張謇卻閉門拒收，并調侃說：“今昔猶是一人耳”，“足下之官位愈高，則鄙人之稱謂愈小矣”。
民國著名報人陶菊隱于1934年出版的《政海軼聞》中，記載了一則袁行賄慈禧而得歡心的故事。慈禧垂簾聽政時，袁充任北洋總督，極意結交閹宦，使偵慈禧意向以投其所好，因之寵眷逾固。其時值慈禧誕辰，疆吏搜珍選異，各出心裁。某日，慈禧巡視珍品，嘖嘖稱賞，最后目注四睹，無語而出。宦者以告，袁猛醒曰：“得之矣。”他即搜集名畫若干幀，盛飾以進。慈禧大悅：“蔚亭實獲我心，吾正思此物，此物來矣。”袁所費最少，獨邀青睞，其善窺上意，誠不可及也。
袁的六姨太太葉氏，本是南京釣魚巷的妓女，嫁給袁世凱純粹是“誤會”。袁做直隸總督時，派其次子袁克文到南京辦事，袁克文在釣魚巷認識了妓女葉氏，兩人互訂嫁娶盟約，葉氏并將其玉照贈袁。克文回去向父親磕頭復命時，一不小心葉的照片掉在地上，袁世凱連聲問：“是什么？那是什么？”袁克文不敢向父親談自己的兒女私情，便說：“在南京給父親物色了一個好看的姑娘，所以帶回來這張照片，看父親是否喜歡？”袁接過照片一看，連聲說:“好！好！”于是派人去南京將葉氏接了回來。洞房花燭之時，葉氏才發現她的意中人竟變成了一個五短身材鬢發斑白的半老頭子。
1915年，洪憲議起，適值袁壽辰，群下欲取悅主上，盡招在京有名伶官入南海供奉，乃取《國賊孫文》一書，譜為《新安天會》，化孫文為猴、黃興為豬、李烈鈞為狗，排演成於袁生日壽筵。藝人譚鑫培名盛一時，清末曾受內廷供為慈禧唱戲，故被選為《新安天會》主角。不料譚氏嚴拒，又找到著名老生演員孫菊仙，再遭嚴拒。九門提督江朝宗親率城廂駐兵，將二人挾持而行。演畢，人賜二百銀元。譚氏不辭而去，大笑出門，將二百銀元沿途撒落，至新華門，而二百元盡矣。
1916年袁帝制自為，改民國五年元旦為“洪憲”元年元旦，閻錫山令太原舉行慶祝“洪憲登極”大會。大會結束時，臺上“司儀”呼“洪憲萬歲”，臺下有一青年則喊“洪憲半歲”，會場上很多人響應了；接著“司儀”提高嗓門喊“洪憲萬萬歲”，臺下多人便不約而同大喊“洪憲半半歲”。有趣的是，“洪憲”的存在時間，后來竟與此口號巧合，“洪憲登極”83天垮臺，嚴格地說還不足半個半歲（3個月）。
曾任天津袁府總管的陶樹德回憶，袁擅長籠絡人心。某日，陳光遠呈袁一報銷單，為數一萬八千元，袁閱后，即在“一”字上加了一豎，改成“十”字，變成了十萬八千元。陳取款后，不敢收用，向袁請示，所余九萬元作何開支。袁說：“嗨，你帶著吧！買些地，買些股票。你也夠辛苦了。”另有一例，熱河都統姜桂題在北京設有大規模煙土莊，銷售鴉片煙土。一日，姜謁袁說：“我來到了一點幾煙土，要進東直門。到城里我怕步兵統領和警察總監要查抄沒收，誚總統打個德律風叫他們放行。”姜所謂的“一點兒煙土”，是以大隊駱駝載運，由大隊步兵保護的馱運煙土行列。袁說：“大總統下令禁煙，我只能叫他們查抄沒牧。”姜說：“那可不行，總統！那么著，我毅軍（姜系毅軍軍長）就發不了餉。”袁說：“我不能保護你”，但忽然說：“你應該去找吳炳湘（警察總監）、江朝宗（步兵統頒），以老朋友地位同他們商量商量。”姜領會其意，安心退出，即上車離去。
袁籌劃帝制期間，有一名叫崔啟勛的警官，心懷憤懣。某日提筆信手在紙條上寫道：“匹夫創共和，孫中山不愧中華先覺；總統做皇帝，袁項城真乃民國罪人。”紙條為另一警官撿得，乃投書告密。軍政執法處立即將崔某捕去。不幾天，經袁世凱批準處決。當囚車抵刑場時，觀者如堵，崔某大聲疾呼：“奉勸諸位同胞，當今之世有子弟者，千萬莫教他讀書，千萬莫教他寫字。我這是讀書寫字的結果！”其言詞悲慘，觀者多為落淚。
袁女袁靜雪(叔禎)回憶，袁世凱有諸多怪癖。袁擤鼻涕的時候，如果無人在旁伺候，袁就用衣袖一擦了事，所以衣服上有很多污漬。為了袁的儀容，姨太太們將毛巾沾濕，幫袁擦拭干凈，袁自己是從不動手的。袁除了每年過年時洗一次澡以外，其余時間從不洗澡，而是讓姨太太們給他擦背。袁愛吃參、茸等補品，常常將人參、鹿茸放在嘴里嚼著吃，西藥只吃蘇打片之類幫助消化的藥。此外，袁還雇用著兩個奶媽，每天吃這兩個奶媽所擠出的奶。袁喜歡纏足的女人，所娶的太太和姨太太，除了朝鮮籍的幾個姨太太是天足外，其余都是纏足的。特別是袁所喜愛的五姨太太，其得寵原因之一，就是她有著一雙纏得很小的“金蓮”。
1915年諷刺袁世凱和古德諾的漫畫
* 引自李敖千秋評論叢書《千秋·冤獄·黨》：「……蔡元培追憶這個中華民國大總統的罪惡，可蓋棺論定三點，第一是「官僚」，「畏強仰弱，假公濟私，口蜜腹劍，窮侈極欲，所以表官僚之黑暗也」；第二是「學究」，「天壇祀帝，小學讀經，復冕之飾，行拜跪之儀，所以表學究之頑舊也」；第三是「方士」，「武廟宣誓，教院祈禱，相士貢諛，神方治疾，所以表方士之迂怪也」。……」
* 袁喜好打仗，殺人無數，人稱“人屠”。張之洞喜好建設，動輒用盡官府積蓄，被指為浪費銀兩，且又向當地門閥富豪募款，人稱“財屠”。岑春煊則喜好彈劾官吏，人稱“官屠”，并戲稱為「清末三屠」
* 徐凌霄、徐一士兄弟稱：“袁氏為人，有術而無學，重利害而輕是非。”
* 張之洞說：“袁豈僅有術，直多術耳。”
* 嚴復評價袁說，袁的才具，只適合擔任舊日帝制之下的督撫，“欲與列強君相抗衡，則太乏科哲知識，太無世界眼光。”
* 梁啟超說：“袁氏自身，原不知人之所以異于禽獸者何在，以為一切人類通性，惟見白刃則戰栗，見黃金則膜拜，吾挾此二物以臨天下，夫何其不得者。”
袁世凱與母親的合影
周妃（左）、閔氏（中）、翠媛（右）
袁與兒女合影
袁一妻九妾，有十七個兒子、十五個女兒、二十八個孫子、三十一個孫女，兒孫總和達九十一人。
* 妻 于氏（河南沈丘縣財主-{于}-鰲之女）
** 第一子 克定，娶吳大澂之女吳本嫻為妻。
* 第一妾 沈氏（蘇州人，未生育子女）
* 第二妾 李氏（朝鮮人，袁世凱盟交朝鮮大臣金允植親家韓山李氏李承五家人，第三妾金氏兩個陪嫁姑娘之一）
** 第一女 伯禎，嫁張人駿子張允亮。
** 第五子 克權，娶端方女兒為妻。
** 第七子 克齊，娶孫寶琦女兒為妻。
** 第十子 克堅，娶陸建章的女兒為妻。
** 第十二子 克度，娶富商羅雲章的女兒為妻
** 第六女 籙禎，嫁孫寶琦兒子。
* 第三妾 金氏（朝鮮王族夫人之表姊妹，袁世凱盟交朝鮮大臣金允植家人，兩班出身）
** 第二子 克文，娶劉梅真為妻。
** 第三子 克良，娶張百熙的女兒為妻。
** 第三女 叔禎，又名袁靜雪，嫁楊士驄(楊士琦弟）之子楊毓珣。
** 第十女 思禎，嫁鄒文凱（北京憲兵司令）
* 第四妾 閔氏（又作吳氏，朝鮮人，袁世凱盟交朝鮮大臣金允植介紹，第三妾金氏兩個陪嫁姑娘之一）
** 第四子 克端，娶天津鹽商何仲璟之女何慎基為妻。
** 第二女 仲禎，嫁薛福成的孫子薛觀瀾。
** 第七女 復禎，嫁蔭昌子蔭鐵閣。
* 第五妾 楊氏（天津楊柳青人，小戶人家，精明能幹）
** 第六子 克桓，娶陳啟泰之女陳征為妻。
** 第八子 克軫，娶周馥之女周瑞珠為妻。
** 第九子 克玖，娶黎元洪次女黎紹芳為妻。
** 第十一子 克安，娶天津鹽商李士銘的女兒李寶慧為妻。
** 第五女 季禎，嫁陸寶忠之子。
** 第十四子 克捷，娶北京女招待王氏為妻。
** 第十七子 克友，娶京劇演員於雲鵬的女兒為妻。
* 第七妾 張氏（河南人，未生育子女）
** 第十三子 克相，娶那桐的孫女張壽芳為妻，後又娶陳炳焜女兒陳思行為妻。
** 第十五子 克和，娶鹽商張調宸之女為妻。
** 第十四女 怙禎，嫁曹錕的長子曹士岳。
* 第九妾 劉氏（第五妾楊氏一個丫頭）
** 第十三女 儀禎，在季禎死後，續嫁陸寶忠之子。
* 袁世凱 輯，新建陸軍兵略錄存，光緒二十四年排印本
* 袁世凱 輯，訓練操法詳晰圖說，光緒二十五年石印本
* 沈祖憲 輯，養壽園奏議輯要
* 淸 甘厚慈 輯，北洋公牘類纂，光緒三十三年排印本
* 淸 甘厚慈 輯，北洋公牘類纂續編，宣統二年排印本
* 沈祖憲 吳闓生輯，容庵弟子記，1913年