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袁世凱接到聖旨後，就帶領軍隊直接從小站出發到山東去任巡撫。大船日行千里，順流而下。當時袁世凱告訴榮祿，說自己練兵有謀略，曾說自己有兵書一事。榮祿于是再給西太後稟報時，就極力誇獎袁世凱訓練的精妙，兵法都是取自西洋，不是別人所能比的。關于袁世凱所寫的兵書榮祿說得極其詳細，頗為熱鬧，西太後聽說後，十分欣喜，就下詔令袁世凱呈上所著的兵書。
其實，袁世凱對軍隊的訓練不過是初具規模而已，他所寫的訓練軍隊的要則，從軍事上的各種方略來講，只不過是掌握了其中的大概而已。雖然當時清朝的軍事尚處在萌芽時期，但是談到改良，又談何容易呢。即使只是知道軍事方略的大概，清朝除了袁世凱之外也沒有其他人了，假若袁世凱能從此認真研究下去，也是不可限量的。以最近的例子加以說明：我日本國的軍學自明治十七八年間發明，到光緒甲午年間已將近十年，現在才收到了一定的成效。袁世凱訓練新兵的要則寫成于光緒二十五年（ 1899 ），迄今也將近十年了。假若當時清朝軍隊能夠上下一心，力求進步，那麼清朝就可以和世界各國並駕齊驅了。可惜的就是清朝人做事總是淺嘗輒止，這並不僅僅表現在軍事上。
像袁世凱這樣沒有什麼學術的人，竟能著書立說，詳細講述練兵的方法，雖然兵書不是他親手所寫，但是他畢竟還是主動倡導者。考察清朝能夠研究科學並能編輯成書發行問世的，在當時除了侯官嚴幾道翻譯過一些英文著述外，就只有袁世凱了。嚴幾道是翻譯書籍，袁世凱則是標新立異，雖然說袁世凱的著述不甚考究，但也是清朝軍事改良進步的起點。袁世凱也可以稱得上是清朝的著述家了。
清朝軍隊改用槍炮，發端于李鴻章的常勝軍。但是能說出槍炮的源流、應用的利害，能說清槍炮的本源且見于書籍的，就只能是袁世凱的《 練兵要則 》了。從這個方面講，袁世凱又是清朝的軍學發明家了。
袁世凱接到詔書後就詳細寫了份奏折並將自己所著兵書呈上。先將其奏折摘錄于下：
奏為遵旨進呈練兵圖冊，恭折仰祈聖鑒事。竊臣在德州途次，承準軍機大臣字寄，某日奉上諭：著將該軍平日訓練情形，詳悉陳奏；並將各種操法，繪圖貼說，進呈備覽。將此諭令知之。欽此。遵旨寄信前來等因。承準此仰見我皇太後皇上軫念時艱，精求武備，並蒙指授方略，訓誨周詳，跪誦之余，莫名欽佩。伏念臣一介書生，不諳軍旅，愧乏兼人之眾，並無殊眾之材，前由督辦軍務處王大臣聯名疏舉，以臣知兵。欽奉諭旨，飭以倣照洋操，嚴加訓練。受命以來，夙夜競惕，深懼上負恩遇，下玷戎行，勉策駑庸，力圖報稱。
竊以為治兵之道，紀律為先，而技藝亦在所當重。紀律存乎訓誡，技藝資乎練習。臣抵軍之始，即與將士申明約束，務期痛除積習，恪守營規，將則訓以忠勇廉潔之大閒，兵則訓以恭順勤奮之要義，使皆知奉法循理，以端其志而正其趨。至于技藝，則由淺入深，循序遞進，始練以步伐身手各法，次練以布陣變化諸方，再練以行軍駐扎攻守調度之道。此則步炮馬工各隊之所同也。若夫步隊以起伏分合為主，炮隊以攻堅挫銳為期，馬隊以出奇馳驟為能，工程隊以盡地利備軍資為事，則又在乎各致其精。臣訓練三年，蒢遵聖諭，實事求是，並承王大臣遇事指示，又賴諸將士黽勉從公，現在悉心體察，覺技藝日漸嫻熟，尚不至相形而見絀。紀律鹹知遵守，當可望相與以有成。惟是各國講武已久，將弁之學術閱歷，似較我為優。而中土民氣最馴，士卒之奉公耐勞，亦非彼所及。但使就我之眾，練我之兵，實按戰陣之規，作平時操練之式，即以操練之法，備異日戰陣之需，自然勁旅能成，緩急足恃。臣殫竭心力，與諸將士孜孜講習者，要不外本戰法以為操法，庶使兵皆歸于實用，冀可仰副聖朝經武整軍之至意。但臣學術囿于粗疏，智識限于淺陋，日夜經營，稍具規模，而區區報效之心，實不止此。謹將臣軍平日訓練各條，詳晰匯輯，語不雅馴，惟期核實。並督選兵學素優之同知段祺瑞，直隸州知州馮國璋，守備王世珍等，將各項操法，繪圖立說，計共造成清冊十二本，陣圖一本，圖說清單一件，一並恭呈禦覽。所有遵旨進呈練兵圖冊緣由，理合恭折復奏。伏乞皇太後、皇上聖鑒。
袁世凱將自己所著的兵書呈給朝廷後，就將這本書命名為《 練兵要則 》，發行于世。
袁世凱任山東巡撫後所辦的事情可分為尋常和重要兩種來加以說明。所謂尋常事，如河工、吏治，一言以概之，就是剔除積弊，實事求是。這樣的評價袁世凱完全擔當得起。雖然說這些事情是人臣應盡的義務，記下來好像沒有什麼意義，況且這八個字總能在清朝的公牘上見到，但實行起來卻很難，敷衍起來卻容易，大都是有名無實，只不過是清朝官場的口頭禪罷了。然而我這里之所以用這八個字來概括袁世凱所辦的尋常之事，是因為袁世凱還能將這些尋常事付諸實踐，不像那些清朝官場上的人，僅用這八個字的虛名來欺名盜世。
所謂重要事，是指袁世凱在對付義和拳和外交兩方面成績最為卓著。直到袁世凱後來做了直隸總督，讓他鼎鼎大名和被外人所欽佩的，也是因為這兩件事情。簡單地說，拳匪不過是國民的愚蠢舉動罷了。而所謂的外交，其實當時清政府已經允許德國在青島和濟南之間建設鐵路，但是人民被拳匪所迷惑，對此事進行阻撓罷了。這兩件事都是因為民眾的思想閉塞，才會有這種無意識的舉動。如果地方上承擔教化民眾職責的人，只要能解開他們的心結，開導他們，這些事情也都很容易了結。如果是在開化的國家，這都是些極其平常的事情，但是在清朝，督撫都是以投機鑽營、粉飾太平為能事，唯獨袁世凱能防微杜漸，未雨綢繆，所以說袁世凱是平凡人中的佼佼者。
義和拳本就是些無知的民眾，只是被邪說所迷惑而已。當時的巡撫毓賢不但不禁止，反而對其大加提倡，進而放縱，最終致使義和拳風靡一時，蔓延到了山東全境。袁世凱派出數十營自己訓練的軍隊駐扎在各州縣，拳匪自然就望風而逃了。袁世凱從光緒己亥年（ 1899 ）的冬天到任，到了第二年的春天就上報朝廷說已經肅清拳匪。二月十四日，袁世凱就收到了清廷的諭旨：
上諭：貴州巡撫著鄧華熙調補，毓賢著調補山西巡撫，山東巡撫著袁世凱補授。欽此。
官員和民眾都阻止德國修膠濟鐵路，袁世凱針對兩種人用了兩種方法：對做官的人就開誠布公，告以利害；對民眾則用武力相脅迫。但是有個人想借這件事惹出點事端，袁世凱就懸賞千金，擒拿並處置了為首的人，這件事情才得以平息。因此，德國人很感謝袁世凱。
義和拳和土匪被袁世凱清剿後，已不能在山東生存，只得流竄到直隸。直隸地方官也開始嚴加禁止。庚子年（ 1900 ）四月間，曾見到直隸總督裕祿出示的告示：“義和拳是邪教，大家都要清楚，兒子和弟弟若犯了，就拿父親和兄長是問。”看這個告示似乎當時裕祿已知道了義和拳的始末。但是在此之後，董福祥大力幫助義和拳，端郡王對義和拳的法術深信不疑，剛毅（ 字子良，滿族鑲藍旗人，清朝末年大臣，官至尚書 ）也隨聲附和，而清廷的執政者也多被義和拳迷惑，將義和拳奉為神拳，于是清朝興起了排外主義。
追溯義和拳叛亂的原因是因為民教相仇。民教之所以相仇是因為地方官遇到民教的訴訟，不能秉公判斷，顛倒是非，導致民怨沸騰。義和拳的興起以“助清滅洋”為宗旨，通過篝火魚書的方式，煽動迷惑民眾紛紛揭竿而起，各地雲集響應，發展勢頭異常迅猛。
端郡王之所以利用義和拳是因為皇位繼承的問題。清同治帝駕崩後沒有子嗣，按照清朝的規定應該立鹹豐帝的弟弟醇親王的兒子端郡王為帝，但是因為醇親王的妃子是西太後的親妹妹，所以西太後立了她妹妹的兒子載湉（ 即光緒帝 ）為帝。端郡王對此懷恨在心，雖然此時也立了端郡王的兒子溥�y為光緒帝的皇太子同時兼祧（ 在封建宗法制度下，一個男子同時繼承兩家宗祧的習俗 ）同治帝，但卻沒有讓他攝政。恰逢此時端王取代慶王的位置，掌握了政府的大權，他就想利用義和拳和董福祥，扶植他自己的勢力，如果舉大事成功就可以奪回皇位。所以端王在西太後面前極力稱讚董福祥是當今的黃天霸（ 事後美國報紙評論說，清朝把握朝廷大權的這些王公大臣，他們平日里的本領也就是豢養幾個樂師、講演幾部小說而已。這些話雖然有些苛刻，但是拿它來形容端郡王和剛毅，也是很合適的 ）。義和拳的事跡詳見于清朝的各種著述，這里不再贅述，僅選擇當時朝廷的幾則聖旨，和直隸總督裕祿力保義和拳的奏疏，來說明當時的形勢，同時也可以證明袁世凱當時所處地位確實不容易。
諭旨一：
裕祿奏：洋人啟釁，猝起兵端，連日接仗獲勝一折，覽奏實深喜慰。我華與各國和好有年，乃因民教相仇之故，竟至決裂，恃其堅甲利兵，攻我大沽口炮臺。又由紫竹林分路出戰，經裕祿四處分應，經我義民竭力相助，以血肉之軀，與槍炮相搏，二十一、二十二、二十三等日，擊壞兵輪兩艘，殺敵不少，眾志成城，民心既固，民氣亦揚。所有助戰之義和團人民，不用國家一兵，不糜國家一餉，甚至髫齡童子亦復執幹戈以衛社稷。此皆仰托祖宗之昭鑒，神聖之護持，使該團民萬眾一心，有此勇義。著先行傳旨嘉獎，余俟事定後再行加恩。爾團民等惟當同心戮力，禦侮效忠，始終勿懈，朕有厚望焉。
諭旨二：
現在中外已開戰釁，直隸天津地方，義和團會同官軍助戰獲勝，業經降旨嘉獎。此等義民，所在皆有，各督撫如能招集成團，藉禦外侮，必能得力。如何辦法，迅速復奏，沿海沿江各省尤宜急辦。將此由六百里加緊通諭知之。
諭旨三：
現在中外開釁，業經諭令各督撫招集義和團民，藉禦外侮。各省現有快槍快炮，僅能供防營之用，著各督撫將軍，分飭各營旗，將舊存槍炮刀矛各種軍械，趕緊修理，並添造子藥酌帶專件，以備民團領用，毋稍遲誤。將此由六百里加緊諭令知之。
諭旨四：
前因兵勇改用洋操，以至服飾一切，均用洋式，貽誤匪淺。當經諭令各省，一律仍歸舊制，惟恐各省或因改練業已成軍，憚于紛更，仍沿用洋裝洋號，將來必致為害。著再申諭各路統兵大臣，務即悉數更換，統歸中國舊日兵勇服飾，是為至要。
裕祿稟奏的力保義和拳頭目的上疏：
再各屬義和團民，先後來津，隨同打仗。茲有靜海縣獨流鎮團總張德成，帶同所部五千人，于本月初二日到津，謁見奴才。察看其人，年力正強，志趣向上，現飭擇地駐扎，聽候調遣，並酌給軍火糧食，除候立有功績，另行奏獎外，理合附片具奏。此次各團總，如靜海之曹福田、韓以禮，文霸之王德成，均尚可用。合並陳明。
從以上幾份聖諭中可以看出，一則說童子都能拿起兵器抵抗外來侵略，這是祖先的庇佑。一則說下令各督撫召集義和拳加入民團，一定能充分發揮他們的能力。我們可以看到裕祿先前出的禁止拳匪的告示和後來上奏的保義和拳的奏折，前後判若兩人，出現這種情況的原因，只不過是因為裕祿恪守朝廷的諭旨罷了。然而以上種種諭旨對于清朝的大臣來說，真是太難實施了。況且當時袁世凱又處在義和拳興起的地方，所以他面臨的困難就更多了。雖然已經很難，但袁世凱的困境還不僅限于此。
北京天津的拳匪蜂擁而起，山東的義和拳也聞風響應。袁世凱所操練的各軍隊都駐扎在各州縣，就義和拳進行防范，忽然收到朝廷的諭旨：
袁世凱著率領所部，迅速來京勤王。……此旨著裕祿轉傳，毋稍遲誤。將此由六百里加緊諭令知之。
袁世凱的軍隊自訓練以來，學習的就是西洋人的方法，包括服飾、器械和一切號令都沒有沿用清軍的舊制。當時山東人民見到袁世凱的軍隊，都叫他們“二毛子”（ 因為他們的軍裝短小和洋裝相類似 ）。現在想讓袁世凱將軍隊把這一切全部都改了，這豈是倉促間能辦成的？這只是袁世凱的第一個難處。
諭旨命令他北上勤王。如果不去就是明顯違背詔書的命令，作為臣子卻不去救助處于苦難之中的君主，這豈是君主專制的政體所能容忍的？如果僅是派去幾千名士兵又哪里是八國聯軍的對手？況且袁世凱是義和拳的公敵，當時義和拳的氣焰正盛，所以袁世凱絕對不會被他們所包容。袁世凱現在明明是在步許景澄和聶士成的後塵，與義和拳同歸于盡，這是他的第二個難處。
所以說庚子年的五六月間是袁世凱生平最困難、最危險的時候。袁世凱雖然接到了聖諭，但是仍謊稱沒有接到軍報，借故拖延。袁世凱手下的人替他擔憂，一再向他陳述其中的利害關係，袁世凱卻置若罔聞。當時京津一帶哄傳袁世凱是漢姦，想佔據山東而自立，袁世凱也好像沒聽到一樣。加上裕祿被義和拳所迷惑，捏造戰績，說大沽口被奪回靠的是義和拳與紅燈照的神力，大家居然都信以為真。裕祿將這些戰績用電報發給袁世凱，並囑咐他將此轉告給東南各督撫。袁世凱接到這份軍報，當即就把它燒了。此時，不僅頑固派不知道袁世凱的作為，就連袁世凱手下的人也不明白他這麼做的用意。凡是從北京到山東避亂的官紳都勸袁世凱去勤王，袁世凱置之不理，只是毫不懈怠地在山東清剿拳匪。
到了六月中旬，各國聯軍齊聚，天津危在旦夕。裕祿迫不得已，專門派遣道員陳以培到山東請求袁世凱發兵。袁世凱對陳以培說：“裕祿不是覺得義和拳神通廣大嗎，怎麼會到今天這種地步呢？既然是想讓山東出兵，那為什麼不請旨施行呢？更何況他應該先行通知我，也好讓我提前準備一切。現在雖然朝廷下令禁止軍隊穿洋裝，但我直到現在都還沒有接到聖諭，所以我也不敢擅自改變軍隊的裝束。我所練的新軍都還穿著洋裝，怎麼能北上呢？”陳以培知道袁世凱在有意敷衍，不得已只能效倣申包胥哭秦廷的故事。袁世凱說：“您不要這樣，我現在手里只有夏辛酉的第十營，就派他們北上支援吧。”當時雲貴、四川的勤王之師都已北上，有的一戰就失敗了，有的沒有開始戰鬥就潰敗了。山東和京津關係最為密切，怎麼會有沒接到朝廷諭旨的道理呢？
陳以培離開以後，袁世凱私下里囑咐夏辛酉緩慢前進，切勿直搗天津。夏辛酉行至中途時，京津淪陷，兩宮太後出逃至山西，袁世凱就飛書令夏辛酉迅速率領部隊到山西護駕。
京津淪陷後，八國聯軍駐扎在北京，兩宮太後逃奔到了太原，李鴻章被任命為直隸總督兼任議和全權大臣。袁世凱知道兩宮所在之地後，就派人帶著銀子二十萬兩，數種特產到兩宮太後那里去叩請聖安。當時北方幾個省份都受到義和拳的蹂躪，糜爛不堪，只有山東是一片凈土。清廷能與東南各省互通消息也全依賴山東的傳遞。
袁世凱得到議和的旨意後，就命提督姜桂題率兵北上，剿滅義和拳的余孽。于是，清朝朝野上下都認為袁世凱是個能人。
清光緒二十五年（ 1899 ）五月，袁世凱的生母在山東巡撫的任所內去世。袁世凱就上疏懇請朝廷另派他人來代替自己，自己要回老家為母守孝三年。朝廷回復的諭旨如下：
袁世凱電奏，懇請回籍營葬，情詞哀切，具見孝思。惟山東地方，關係全局，該撫勢難一日暫離，務當勉抑哀思，用資坐鎮。一俟大局定後，再行賞假回籍營葬。該撫之母，教有義方，朝廷甚為褒許。該撫更當感激奮發，移孝作忠，共濟時艱，以副倚任。欽此。
袁世凱接到朝廷的電報後，又上疏重新請求，朝廷又回復說：
袁世凱現丁降服憂，理應守制，惟山東地方伏莽尚多，交涉尤關緊要。袁世凱撫東以來，辦理一切，均臻妥協，正賴該撫統籌全局以濟時艱。袁世凱著賞假百日，即在撫署穿孝，假滿後改為署理，照常辦事，用副委任。山東巡撫著胡廷幹暫行護理，遇有要事，仍著商同袁世凱妥為籌辦。欽此。
這年秋天九月，清朝直隸總督李鴻章在北京去世。此時，八國和議剛剛簽訂，只有俄國在東三省的退兵問題還沒有解決。俄國和清朝另外進行商議的事也剛剛開始。李鴻章在最後的奏折中力保袁世凱，說袁世凱有才能可以代替自己的位置。九月二十七日，朝廷從山西行宮發出諭旨：
直隸總督兼充北洋大臣，著袁世凱署理。未到任以前，著周馥暫行護理。欽此。
袁世凱接到聖旨後，仍以母喪在身，上書請求朝廷收回成命。朝廷下旨不同意袁世凱的提議，督促他盡快去赴任。自李鴻章去世後，一群頑固的大臣認為兩宮如果回京，恐會遭遇不測。先前清朝向各國求和時，派李鴻章為議和全權大臣。李鴻章從廣東抵達上海，會見某國全權大臣，該國大臣對李鴻章說：“清朝的皇位屬于滿洲人，而滿洲人都是些毫無學識之人，多次釀造了野蠻的災禍。現在有人倡議廢除滿洲人的世係，讓你取而代之，你意下如何？”李鴻章用雙手捂著耳朵，表示沒有聽到這些話。其後各國全權大臣在北京開會，某國的使臣又提起了這個問題。某國的全權大臣之所以再次首先提出這個問題來刁難李鴻章，是因為某國想獻媚于滿人，以佔領東三省。這本是個子虛烏有的事情，但是東洋的各大報紙都紛紛進行了轉載，並早早地傳到了西太後的耳朵中。于是清廷上下議論紛紛，西太後行動舉止都很彷徨，凡事都取決于袁世凱和岑春嬧。
