吳長慶在給清廷的呈報中將他讚揚了一番，說他“治軍嚴肅，調度有方，爭先攻剿，尤為奮勇”，報以首功。隨後清軍將大院君擄至保定問罪，當年23歲的袁世凱則以幫辦朝鮮軍務身份駐藩屬國朝鮮，協助朝鮮訓練新軍並控製稅務。
1884年，朝鮮大臣金玉均等“開化黨”人士發動政變試圖推翻朝鮮王妃閔妃所把持的政權，駐朝日軍亦趁機行動欲挾製王室；國王李熙奔赴清營求助，袁世凱指揮清軍擊退日軍，維係清廷在朝鮮的宗主權及其他特權。
袁世凱平定了1884年朝鮮的甲申動亂有重大意義，打退了日本的滲透勢力，粉碎了日本趁中法戰爭之際謀取朝鮮的企圖，推遲了中日戰爭爆發的時間。並且讓朝鮮高宗按照藩國禮儀迎接上國欽差，保住並再次明確了清朝和朝鮮的宗藩關係。
袁世凱也因這一事件受到李鴻章等人的重視，年僅26歲的他就被封為“駐紮朝鮮總理交涉通商事宜大臣”，位同三品道員，左右朝鮮政局，儼然朝鮮的太上皇。
袁世凱幹涉朝鮮內政的做法引起了朝鮮國王和一些大臣的不滿，清廷中也不斷有人彈劾他。不過袁世凱在朝鮮的十二年有效地遏製了日本和沙俄對朝鮮的滲透。直到甲午年日本挑起戰爭前還多次曾經派人暗殺袁世凱，隻不過沒有成功。
1894年甲午中日戰爭爆發，清軍海陸皆敗，袁世凱隨軍撤退天津。因袁世凱在朝鮮時期表現突出，有“知兵”之名，清軍機大臣李鴻章等保薦袁世凱負責督練新軍。
1895年，袁世凱開始在天津與塘沽之間的小站練兵，軍務處大臣榮祿、李鴻章等奏派袁世凱擴練定武軍，更名為“新建陸軍”，漸為清廷所倚重。這股軍隊後來發展成為北洋新軍，為清末陸軍主力，民國初年的北洋係軍閥亦多源自清末新軍。
袁世凱聘德國軍官十餘人擔任教習，又從天津武備學堂中挑選百餘名學生任各級軍官，並引用和培植一批私人親信，以加強對全軍的控製。這些人以後大都成為清末民初的軍政要人。如徐世昌、段祺瑞、馮國璋、王士珍、曹錕、張勳等。
小站練兵是中國新式軍隊發展的轉折點，也奠定了袁世凱一生事業的基礎。從此，聲譽鵲起，扶搖直上。1897年，袁世凱升任直隸按察使，仍主持練兵。
1898年6月，39歲的袁世凱升任工部右侍郎。1898年戊戌政變前，帝黨人物曾寄望於袁的新軍，譚嗣同即曾麵勸袁世凱出兵圍攻慈禧太後所居之頤和園。
袁世凱沒有對慈禧太後下手，結果戊戌變法失敗，皇帝失去政權並遭軟禁。然而袁世凱當時的決定，對於戊戌維新的成敗，是否具有決定性的影響，至今仍有爭議。
以往一般認為袁世凱將消息轉告榮祿是戊戌政變失敗的主因，但近年的研究發現，後黨發動政變，實起於袁告密之前，且袁世凱告密無確切證據。
甚且，以袁世凱當時掌握的七千人新軍戰力，亦不足以對抗聽命於榮祿駐紮在北京附近的九萬人部隊。雖然，袁世凱的決定並不是導致戊戌政變的根本原因，但是，戊戌變法卻被鎮壓。
政變起初，慈禧太後在上諭中隻是斥責康有為“莠言亂政”，停職待參，並未申斥譚嗣同等人，而譚嗣同勸袁世凱出兵圍園誅後則屬情節嚴重的謀逆大罪。
相傳袁世凱聽時任直隸按察使楊崇伊說康有為已被革職待參，懼怕譚嗣同勸其出兵圍攻慈禧太後一事暴露，牽連自己，遂向榮祿告密，西太後聞之大怒，下令逮捕康、梁諸人下獄，並誅殺了六君子。
1899年冬，因義和團在山東的排外行為引起各國不滿，清廷被迫撤換縱容拳民的山東巡撫毓賢，代之以袁世凱署理山東巡撫，率領全部新軍前往濟南，這時40歲的袁世凱首次出任方麵大員。