甲午戰爭後，在清政府結強鄰以為外援的同時，國內朝野人士由於受到戰敗的刺激，一時要求變法的呼聲高漲。此種呼聲來自兩個方面：一是以李鴻章為代表的洋務派，要求加快加大洋務的進程。因為在李鴻章看來，這次中國戰敗，主要是由於洋務事業受到極端守舊勢力的阻撓而未能放手地進行所造成的。他希望通過這次戰爭的失敗，能使「中國僥倖得從長夜之迷夢中覺醒」，「促成中國發奮圖強」。所以在簽訂《馬關條約》回國後，他便極力勸說光緒皇帝，變法自強以戰勝敵人。二是以康有為、梁啟超為代表的維新思想家要求進行政治體制的改革。就在李鴻章呼籲「變法自強」之際，在神州大地上憤然興起了資產階級維新運動。以康有為、梁啟超為代表的資產階級維新派，多次上書光緒皇帝，痛陳變法的迫切性。無論康有為提出的「再立堂構」，還是梁啟超主張的「變官制」，都是要求進行政治體制方面的改革。以上兩種變法呼聲，雖有重大差別，前者是代表封建營壘中洋務派官僚的主張，後者是代表資產階級的政治要求，但兩者主要的衝擊對象都是封建營壘中的極端守舊勢力，這使李鴻章非但未感到來自後者的嚴重威脅，反而認為由於維新變法思潮的高漲，對其願望的付諸實踐是有利的，因此他對康、梁首先產生的不是對立情緒，相反，在某些能夠容納的方面，則給予了一定的同情和支持。
此外，光緒二十二年（一八九六年）秋，李鴻章出訪歐美各國考察，由於親自接觸了西方文明，目睹了歐美各國的富強，思想為之一變。他認為：外國的物質文明是先進的，政治制度也比中國強，他對中國進行變法的必要性有了進一步認識，這也促使他在變法運動中傾向於維新派。
以康有為為代表的民族資產階級思想家奔走呼號以求變法維新。從一八九四年起，他們就指陳舊弊，抨擊科舉、呼籲變法、提倡民主、出版書刊、結社講演，極力主張倣傚西方開議院，立制度，興民權，重民權。這些主張得到了光緒皇帝的支持，終於導致了一八九八年的戊戌變法運動。一八九五年八月，經康有為多方聯繫，帝黨大臣文廷式出面在北京發起了強學會，推行維新變法。該會「講中國自強之學」跟李鴻章的思想是不謀而合，於是他「自願捐金二千入會」。康有為在十一月又創立了上海的強學會，舉辦《強學報》，李鴻章又慷慨捐助金一千。然而強學會中卻有許多人抱有這樣的看法：李鴻章在甲午戰爭後與日本簽訂《馬關條約》，喪權辱國，已落下千古罵名，因而都拒絕李鴻章入會，以保學會的聲譽。當時維新思想家陳熾在強學會中任提調，他最終拒絕讓李鴻章入會。這很令李鴻章難堪，大為惱火。
雖然強學會拒絕李鴻章的加入，但他並沒有因此而懷恨在心，伺機報復維新派。一八九八年一月二十四日，李鴻章和其他幾位總署大臣翁同龢、榮祿、張蔭恆、廖壽恆在總署西花廳與康有為見了面，「以客禮相待」，就變法的問題進行了討論，針對榮祿提出的「祖宗之法不能變」，康有為答以「因時制宜，誠非得已」。
廖壽恆在詢問變法的具體舉措時，康有為回答：「宜變法律，官制為先」。
李鴻章又問：「然則六部盡撤，則例盡棄乎？」
康有為明確指出：「今為列國並立之時也，非復一統之世，今之法律官制，皆一統之法，弱亡中國，皆此物也，誠宜盡撤，即一時不能盡去，亦當斟酌改定，新政乃可推行。」
由此可見，榮祿是保守派，不贊成變法，但是李鴻章並沒有表現出要反對變法，而翁同龢、廖壽恆皆為變法派。這次約見一結束，變法就進入了積極籌備的階段。
六月十一日，光緒頒布了《定國是詔》，維新運動達到了高潮。六月十六日，光緒召見並任命康有為在總理衙門章京上行走。
榮祿曾經與剛毅一起壓制康有為，現在又企圖聯合李鴻章將其剷除。然而李鴻章不僅把這兩次陰謀密告康有為，指出「榮祿老辣」的真面目，而且不與榮祿同流合污，他以叩頭「稱皇太后聖明」來應付榮祿的威逼，是明顯支持康有為的。
在百日維新期間，李鴻章始終沒有公開、單獨地支持維新派，沒有向朝廷提出主張和見解，他對變法維新的態度和意見是通過與朋友密談、信件以及隨同總署、內閣集體議覆事件時表現出來的。在分別寫給駐俄公使楊儒、署湖南藩台陳伯平的信中，他很高興地說：「朝廷有意更新」，「薄海爭傳新政」，要達到中國的富國強兵，「唯在亟圖變計而已」。對戊戌維新他十分讚賞，但幾乎沒有直接參與實際活動。李鴻章的侄婿孫寶瑄追述：「合肥在都，逢人輒語云：『康有為吾不如也，廢制義事，吾欲為數十年而不能，彼竟能之，吾深深愧焉』，故都人多目為康黨。」
事實上，李鴻章對變法的措施並不完全贊同，他把自己的真實想法掩蓋了。然而，這些想法常在不經意中流露出來。當時伊藤博文來華，私下裡對李鴻章說：「治弱國如修壞室，一任三五喜事之徒，運以重椎，亙以巨索，邪許一聲，壓其至矣。」李鴻章表示同意，說「侯言良是」。李鴻章與伊藤都覺得維新派經驗不足，急於求成，而舉措過於偏激，肯定失敗。後來，維新派失敗，李鴻章又指出這是「變法太急，用人不當」之故。
對戊戌政變，李鴻章「未預機要」，反倒採取保護「新黨」之舉。當他得知直隸八股士人企圖刺殺康有為時，馬上讓親信幕僚于式枚讓康有為「養壯士，住深室，簡出遊以避之」。康有為奉命出京，李鴻章還派人保護。
政變發生後，張元濟去見李鴻章，說：「現在太后和皇上意見不合，你是國家重臣，應該出來調和調和才是。」李鴻章說：「你們小孩子懂得什麼？」不論慈禧幽禁光緒，或是設法救援光緒，李鴻章都沒有參與，其侄婿孫寶瑄說他「朝綱紛變，身居事外」。政變後他向慈禧表示：「廢立之事，臣不與聞」，公開表示自己不會參與宮廷權力鬥爭。但是，當慈禧準備大肆捕殺維新派鎮壓維新志士時，李鴻章卻「言捕新黨之謬」，同時採取暗中保護的措施。如張元濟被革職，李鴻章先派于式枚慰問，又讓盛宣懷給予合適的安置。此外，李鴻章對康有為的意見也不同於慈禧。九月二十四日，李鴻章宴請伊藤博文及其隨員大崗育造，席間提到了康有為。
李鴻章（以下簡稱李）：「康有為一人恐逃往貴國，倘果有其事，貴侯必能執獲送回敝國懲辦。」
伊藤博文：「不然，康之所犯如係無關政務，或可遵照貴爵相所諭。若干涉國政，照萬國公法不能如是辦理，當亦貴爵相所深知。」
大崗育造（以下簡稱大崗）：「請問康有為究犯何罪？」
李：「論其罪狀，無非煽惑人心，致於眾怒。」
大崗：「擗僕愚見與其將康有為搜拿懲辦，不如加以培植以為振興中國地步，近日中國創行新法，大都出自貴爵相之手，乃歷久未見成效何哉？以無左右襄理之人耳。」
李：「誠然。」
大崗：「近日康有為之事，無非擴充貴爵相未竟之功，故愚意不若令卒其業之為善。」
李：「洵如君言，康有為日後可大有作為，唯據目下觀之，了無異能耳。」
這足以表明，李鴻章表面上是要求引渡懲辦，其實仍是寄予願望。慈禧稱康有為「亂臣賊子之尤」，而李鴻章卻只是覺得他「煽惑人心，致於眾怒」，實際上並不覺得有什麼「罪狀」。慈禧要對康有為「極刑懲治」，而李鴻章卻對大崗育造關於培植康有為以振興中國的建議十分讚賞。
不僅如此，李鴻章還托日本人向逃亡海外的梁啟超致以問候，表達對康梁的關心。與此同時，梁啟超回信表示感激之情。該信敘說了他自己出國後日本人伊藤博文侯爵、天津日本領事館領事鄭某以及東亞同文會的井深先生先後三次帶來了李鴻章的慰問。李囑咐梁要「精研西學，歷練才幹，以待他日效力國事，不必因現時境遇，遽灰初心」。梁啟超流亡在外，仍得到高官李鴻章的關懷，自然十分感動，他在一九○○年的《上粵督李傅相書》中說：
去國輕來，曾承伊藤侯及天津日本領事鄭君、東亞同文會井深君，三次面述我公慰問之言，並教以研精西學，歷練才幹，以待他日效力國事，不必因現時境遇，遽灰初心等語。私心感激，誠不可任。公以赫赫重臣，薄海具仰，乃不避嫌疑，不忘故舊，於萬里投荒一生九死之人，猥加存問，至再至三，非必有私愛於啟超也，毋亦發於愛才之盛心，以為孺子可教，而如此國運，如此人才，不欲其棄置於域外以沒世耶。啟超自顧愚陋，固不足以當我公之期許，雖然，公之所以待啟超者，不可謂不厚，所以愛啟超者，不可謂不空，每一念及，載以為報。竊聞之，君子愛人以德，仁者贈人以言，公之所以惠啟進退者在是，啟超所欲還以報公者，亦即在是，故敢竭盡其愚，唯垂採焉。
由於李鴻章不便於親自回信，便讓侄婿孫寶瑄代覆一信給梁啟超以表達自己的萬分惜愛。
李鴻章雖然同情支持康梁，但在慈禧面前卻極力貶低維新說：康、梁輩「皆書院經