着变法维新运动日益发展，康有为在《应诏统筹全局折》中再次提出：“自京师立大学，各省立高等中学，各府县立中小学及专门学。”
1898年6月，光绪帝颁布《明定国是诏》推行“戊戌变法”，诏书中强调“京师大学堂为各行省之倡，尤应首先举办”。7月3日，光绪帝批准了由梁启超代为起草的《奏拟京师大学堂章程》，正式创办京师大学堂。并任命吏部尚书、协办大学士孙家鼐为首任管理大学堂事务大臣（管学大臣），许景澄任中学总教习，美国传教士丁韪良任西学总教习。
9月21日，慈禧太后与守旧派发动戊戌政变，百日维新失败。但是，京师大学堂得以保留。
京师大学堂是当时中国最高学府和最高教育行政机关，也有学者认为是中国近代正式设立的第一所新式大学。京师大学堂的建立在中国近现代史上具有划时代的意义，标志着中国近现代高等教育的开端。
京师大学堂也就是北京大学的前身。
1900年，义和团运动爆发，京师大学堂遭到破坏。8月3日，清政府下令停办京师大学堂。
1902年12月，清政府委任吏部尚书张百熙为管学大臣，责成经理京师大学堂，京师大学堂得以恢复。吴汝纶和辜鸿铭任正副总教习，严复和林纾分任大学堂译书局总办和副总办。创办于1862年洋务运动期间的京师同文馆也并入大学堂。12月17日，京师大学堂举办开学典礼。根据学制，不同程度的毕业生分别授给贡生、举人、进士头衔。
1903年，增设进士馆、 译学馆及医学实业馆。
1904年，京师大学堂管学大臣改为总理学务大臣，负责统辖全国学务，并另设京师大学堂总监督，专管京师大学堂事宜。京师大学堂统辖全国教育的职能因此分离，成为单纯的高等学校。
同年，进士馆开学，招收了中国历史上的最后两届科举进士，即癸卯科（1903年）进士80余名和甲辰科（1904年）进士30余名入学。并选派首批47名学生出国留学，开中国高校派遣留学生之先河。
按照1903年的癸卯学制规定，京师大学堂毕业生可以授予进士头衔并奖励翰林院编修、检讨等官职。因此，大学堂在当时成了各种失意官员、举贡生监寻求出身的地方。
这时的京师大学堂里，仕学馆、进士馆的学生均带有听差。每到上课时间，各房中便响起一片听差“请大人上课”的声音，然后由听差把笔、纸、墨、砚及茶水、烟具送到讲
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