這個時候的慈禧，就像當年離不開李鴻章一樣，已離不開能幹的袁世凱了。不僅僅因袁世凱能給她帶來相對進步的信息，能做實事，還因為袁世凱能與外國人打交道，幫助她解決一系列棘手的外交問題，而這是當時諸多大員所不具備的。
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一九○一年十一月二十日，袁世凱交出了山東巡撫印信，兼程北上，正式到直隸走馬上任。到了十二月中旬，當慈禧太后率領流亡朝廷的全班人馬，浩浩蕩蕩地進入直隸境內時，袁世凱親率大批護駕軍隊在直隸和河南交界的順德府迎接。當慈禧太后走下大轎，見到迎接她的，不是白髮蒼蒼的李鴻章，而是敦實精幹的袁世凱時，心中自然感慨萬千。
袁世凱當然知道慈禧太后的心思。慈禧太后一輩子極愛面子，最喜歡熱鬧和風光，尤其是這一番回鑾，很想風風光光地掩飾灰溜溜的形象。慈禧首日在順德下榻之後，袁世凱前去拜見，送給慈禧作為見面禮的，是一對非常漂亮的鸚鵡，一隻會說「老佛爺吉祥如意」，另一隻會說「老佛爺平安」。人老了，就是想圖個吉利和快樂，對於袁世凱的心細，慈禧自然很滿意。在此之後，袁世凱親率軍隊護駕，陪同慈禧一行經內邱、柏鄉、趙州、欒城、正定等地一路巡視，第二年的一月三日到達直隸首府保定。慈禧在保定一共住了三天。看到袁世凱上任僅僅一個多月，就將直隸境內各項事務處理得有條不紊，慈禧更對袁世凱增添了幾分賞識。在保定，慈禧幾次與袁世凱談話，瞭解他的思想和打算，尤其關注袁世凱新政的實施情況。慈禧太后一點都沒看錯，袁世凱的確是精明過人，而且，在具體落實方面，很有一套辦法。袁世凱不僅比行動遲緩、工於心計的曾國藩強多了，甚至要比老成持重的李鴻章還強。李鴻章到了後期，也變得如所有年邁的老臣一樣，韜光養晦，懶得去處理眾多煩心事了。當然，李鴻章所做的，在當時情形下，也夠多了。在慈禧眼中，袁世凱是一個非常幹練的人，百廢待興的時候，正好需要這樣的急先鋒，才能在各方面取得突破，為改革和變法獲得一些美譽。慈禧對於袁世凱最大的希望，就是他能帶頭下好自己晚年安排的最後一局棋。
一九○二年一月七日，慈禧一行由保定乘火車回京。袁世凱專門為慈禧定做了列車。當慈禧一行到達保定火車站時，站台上彩旗飄飄，軍樂隊奏起了響亮的「馬賽曲」——袁世凱並不知道這首樂曲是法國國歌，他只是感到這首歌很好聽，很振奮人心，所以定下演奏這首樂曲歡送太后。慈禧太后同樣不知道這首曲子的出處，置身於音樂之中，她彷彿將一年來的煩心事都忘卻，也變得心曠神怡起來。當長達三十多節的火車進入北京站之後，站台上響起了山呼海嘯般的「萬歲」聲。紫禁城裡的皇家儀仗隊全部出動了，所有的京官都來到車站跪迎。中午，慈禧乘轎入永定門、正陽門，所到之處人山人海，人們爭先恐後向慈禧招手，那些外國公使們也攜他們花枝招展的太太們前來迎接，對慈禧微笑、脫帽示禮，說著慈禧聽不懂的語言。慈禧也矜持地向圍觀的群眾以及外國使節招手示意。不僅如此，慈禧還命隨從拿出上百萬兩白銀當場散發給歡迎的人群。似乎所有人都把曾經的災難忘得乾乾淨淨，只當它是一個噩夢似的。
因為得到慈禧的賞識，袁世凱的幹勁更大了。袁世凱延續了自己在山東的思路，雷厲風行地推行新政。正值盛年的袁世凱如魚得水，他彷彿天生就具備處理各種關係的能力，以及做事的能力，除督練新軍外，在警政、實業、教育、官制、憲政五個方面進行全面改革。由袁世凱主持的新政，無論是從動作上還是效果上，都顯得比李鴻章當年的改革力度更大。
袁世凱主持的新政，重點是繼續開展洋務運動。袁世凱主持或委派周學熙等人創辦了大批實業。一九○二年，創辦天津銀元局，後開辦天津官銀號，又代戶部經營戶部銀地，活躍了資金市場，並為北洋集團開闢了財源。次年，開辦直隸工藝總局，同時開辦工藝學堂、種植園、教育品製造所、實習工場、勸業會場、勸業鐵工廠、紙廠、種植園、工商研究所等機構。扶持獎勵官紳興辦實業，引進機器、技術、人才。一九○六年，開辦啟新洋灰公司，次年成立灤州礦務（煤礦）公司，均為全國大型民族工業企業。此外，從比利時人手中收回臨城煤礦。交通方面，取得輪船招商局、電報局的經營權，獲得關內外鐵路督辦督修權。農業方面：在保定創立農務局、農事實驗場、農業學堂，各縣設立農務會，引進西方農務家學器藝。為發展機器工業和市政建設，引進機械設備、知識技藝、管理方法，並仿天津租界設立「華界新區」，作為對外開放的窗口；袁世凱還大力推進了天津城的市政建設，是推動天津城市近代化過程中最有力的一人。
除了繼續洋務運動之外，袁世凱還做了一系列「石破天驚」的事情。
一是親自主持修建了京張鐵路。袁世凱頂著極大的壓力，自己做主向國外貸款，修建自己的鐵路。設身處地地想一想，這樣的舉動，在當時幾乎是令人震驚的，當時的中國已是千瘡百孔，國庫空虛，還有大量的賠款、外債。海關等稅收已進行了抵押，仍填不滿賠款的虧空，哪裡還有餘款修築鐵路。主動舉借外債修路，是人人談虎色變的畏途，更何況從文化習慣和傳統上，中國人很少主動向洋人借債。
著名的京張鐵路，就是在袁世凱的力主下一手修建的。當時聘任詹天祐的，正是直隸總督袁世凱。京張鐵路修築在直隸境內，袁世凱時任直隸總督北洋大臣兼督辦關內外鐵路大臣。當時北京向東、向南已經由外國人修築了鐵路。張家口，是北京的北方門戶，京張一路為聯絡內蒙古的通道。袁世凱派詹天祐進行了技術查勘，京張線全長三百六十餘里，其中有數十里山路。全路工程通盤估算，買地、填道、購料、設軌、鑿山、建橋、購置車輛，共約需銀七百多萬兩。當時，關內外鐵路進款除養路各費開支之後，餘額全部存入匯豐銀行，作為歸還外國借款的擔保，還本息之後，仍有剩餘。袁世凱即奏請清廷諭准，用來做京張鐵路的資本。袁世凱同時提出「此路即作為中國籌款自造之路，亦不用洋工程司經理，自與他國不相干涉」。也為清廷所批准。一九○五年五月，袁世凱正式任命陳昭常為京張鐵路總辦，詹天祐為京張鐵路總工程師兼會辦局務。四年後，詹天祐不負眾望，按期高質量完成了工程。此時，袁世凱已不是直隸總督了，正在河南洹水畔賦閒。但詹天祐仍惦記袁世凱對鐵路的功勞，他將鐵路主要工程竣工的照片一套，特遣專人送到彰德洹上村。照片送到之日，已是十二月二十八日，臘末歲除。撫今追昔，袁世凱感慨萬端，回信一封，對於詹天祐的貢獻，大加褒揚。
袁世凱所做的第二件大事更是令人「瞠目結舌」，那就是在他的一手努力下，廢掉了長達一千多年的科舉制度。
廢科舉一事，難度也是極大的。隨著西風的漸進，人們自然會發現中國科舉制度的滯後。對於這一項僵而不死的制度，朝野上下早已議論紛紛。不過因為牽涉面太廣，朝廷遲遲不敢動手，其中最忌諱的，是廢除這一項制度後，所引起的巨大社會反響和動盪。畢竟，這要觸發數百翰林、數千進士、數萬舉人、數十萬秀才、數百萬童生之怒，會徹底摧毀無數人畢生的努力和追求。因此，雖然廢科舉一直有動議，但誰也不肯當這個「出頭之鳥」，唯恐樹敵過多，也怕動搖制度的根本。這個時候，袁世凱挺身而出了。當清末新政實行，廢除科舉被視為「破冰之舉」時，袁世凱毫不猶豫地接下了這個燙手山芋。袁世凱先是藉助一九○二年冬請假回籍安葬生母之時，乘火車到武漢，然後沿長江東下，再北上，沿途與代理湖廣總督端方、兩江總督張之洞等商量，達成分科遞減的共識，同時約定第二年春天聯合起來向朝廷建議。返回天津之後，袁世凱又進京活動，就此事跟大學士、軍機大臣榮祿、鹿傳霖等人交換意見，聆聽了他們的想法。一九○三年新年剛過，袁世凱就致電張之洞，商議起草會奏摺稿。以常理來說，張之洞時為「當代文學之宗」，起草奏摺理所當然，但張之洞顧忌責任過於重大，堅持不擔任主稿，袁世凱只好親自擬稿。十天之後，袁世凱給張電傳了摺稿全文。張之洞表示同意，讓袁世凱聯絡其他各省，領銜上奏。
一九○三年三月，袁世凱主持撰寫的《請遞減科舉中額專注學校摺》正式出台，由北洋大臣、直隸總督袁世凱領銜，聯合南洋大臣、兩江總督張之洞，山東巡撫周馥，四川總督錫良等將奏摺遞交朝廷。袁世凱等人本以為此事會得到通過，沒有想到的是，大學士兼軍機大臣王文韶堅決反對這一改革。此項計劃就被迫擱淺。
雖然遭遇到阻力，袁世凱仍是堅持不懈。兩年後，王文韶軍機大臣一職被罷黜，袁世凱再次聯合湖廣總督張之洞、盛京將軍趙爾巽、兩廣總督岑春煊、兩江總督周馥、湖南巡撫端方等聯名上奏摺「請立停科舉，推廣學校」。這一回，朝廷批准了袁世凱等人的建議，宣佈從一九○六年科為始，所有鄉、會試一律停止，各省歲科考試同時停止。這樣，從隋唐以來實行了一千二