1898年，清廷年轻的光绪皇帝在康有为、梁启超等维新派人物的推动下推动下，冲破顽固派的阻挠，开始实行变法维新。变法运动初期，袁世凯曾经表现出支持变法、积极推动变法的热忱。1895年，在康有为发动公车上书以后，袁世凯也曾向亲自向光绪皇帝上书，条陈变法事宜。1895年夏，康有为第四次上书光绪，都察院等部门拒绝代陈，袁世凯还曾帮助请求督办军务处代递。强学会成立之后，袁世凯也积极参与，称为强学会的发起人之一。十一月，袁世凯受命往天津小站编练陆军时，康有为还曾亲自为他设酒饯行，康有为对袁的印象也极好，认为：“袁倾向我甚至，谓吾为悲天悯人之心，经天纬地之才……”七月，变法运动达到高潮之后，袁世凯又派徐世昌到北京与维新派保持紧密地联系。袁世凯对戊戌变法的关心，骗取了维新志士和光绪皇帝对他的信任。光绪二十四年八月初一日，光绪帝在颐和园召见袁世凯，破格提升他为候补侍郎，专办练兵事务。并允许他可以不受荣禄节制，各办各事。
1898年6月11日，光绪帝毅然颁布《明定国是》的诏书，正式宣布变法。变法期间，光绪帝发布了上百道新政谕诏，除旧布新，内容涉及政治、经济、军事、文化等各个方面。但是，变法运动一开始就遭到以慈禧太后为首的封建顽固派的敌视与破坏。大部分的改革措施在顽固势力的反对和阻挠下都变成一纸空文。光绪帝和慈禧太后之间的矛盾也逐渐激化。两党形同水火，势不两立。9月5日，光绪帝召见谭嗣同、杨锐、刘光第、林旭四人，授予他们四品官衔，令在军机处章京上行走，参予新政。令下之日，还给四人一道“密谕”，要他们妥筹良策，推进变法。此后，两党之间的矛盾进一步恶化。慈禧太后在守旧势力的怂恿之下，预谋在光绪陪同慈禧到天津阅兵的时候，由但任直隶总督的顽固派大将荣禄发动变，罢黜光绪帝，推翻一切新政，让慈禧太后重新上台垂帘听政。光绪帝听到消息之后惊恐万分，于9月14日与9月17日连续两次给康有为下达密诏，密诏中说：“朕位且不能保，何况其他？”要维新派筹商对策。康有为等人读诏之后，知道形势严峻，又将梁启超找来协商。几个人痛哭一场后，拟定一个孤注一掷的冒险计划：实行兵变，包围颐和园，迫使慈禧太后交权。他们计划一方面要争取手握“新建陆军”、又热心变法事业的袁世凯发动兵变，诛杀荣禄，发兵围困颐和园;另一方面派会党首领毕永年带领侠士潜入颐和园，捕囚慈禧。计划的关键在于袁世凯。
9月18日深夜，谭嗣同只身前往袁世凯的寓所法华寺，劝说袁世凯举兵诛杀荣禄，包围颐和园。谭嗣同见到袁世凯后，问他：“你认为皇上是怎样一个人？”袁世凯说“是旷代这圣主！”谭嗣同又说“荣禄他们准备借天津阅兵废黜皇上的阴谋，现在只有你一个人可以救我们的圣主。你如果愿意救，就请救之;如果不愿意救，可以到颐和园和园向西太后告发我，也可以因此享尽荣华富贵。”袁世凯说：“你把我袁世凯看成什么认了，皇帝是我们共同的英主。有什么事情你就说把，又用到我的，将万死不辞！”谭嗣同见袁世凯说的信誓旦旦，就把诛杀荣禄，围困颐和园，囚禁慈禧的计划告诉给袁世凯。袁世凯当时还发激昂地说：“如皇上在我军营里，令我下手，那么，杀一荣禄如杀一狗耳！”就这样，谭嗣同以为袁世凯答应帮满了，便返回寓所同康有为商量下一步的事情。
9月20日，，农历八月初五日，，袁世凯向光绪请训，当天便乘火车返回了天津。9月21日早晨，慈禧太后便发动了戊戌政变，将光绪帝囚禁于中南海瀛台，并假借光绪帝的名义，吁请慈禧“训政”。慈禧执掌清廷大权后，下令捉拿康有为，查抄康的住地南海会馆。康有为、梁启超逃亡日本，谭嗣同等“戊戌六君子”。在这同时，慈禧下令废除在变法期间颁布的几乎一切新政法令与措施。历时103天的戊戌变法遂告失败。