從1913年10月至1915年11月，張謇在北京政府擔任了整整兩年的農商總長。任職期間，他希望利用中央政府的力量來推行他的實業救國的方針政策。他製訂了《公司保息條例》《公司條例》《公司注冊規則》《礦業條例》《礦業注冊條例》《商人通例》《商業注冊規則》《商會法》《國幣條例》《國有荒地承墾條例》《森林法》《狩獵法》等幾十個經濟法規，盡管有些法規並未完全執行或根本無法執行，但畢竟是中國曆史上第一套比較係統的經濟法規，而且對於第一次世界大戰期間中國民族工商業的空前發展，亦有積極的推動作用和保護作用。在此期間，他還製訂了保護民營工商企業的政策，提倡興辦銀行，特別注重民營私立銀行，利用外資振興實業。這些政策，因財政困難，沒有能完全實施，辦中法合資銀行，輸入外國資金，也因第一次世界大戰發生，完全擱淺。張謇初任農商總長時，和其他閣員一樣，對袁世凱抱有幻想，然而經過不長的時間，他們就發現情況不妙。
1913年11月4日，袁世凱下令追繳國會中國民黨議員的證書，一登上正式大總統的寶座，就下令解散國民黨，最終解散國會，張謇等追求民主政治的閣員就感到不寒而栗了。
11月7日，張謇去拜見袁世凱，提出“維持國會”的建議，但是，他不明白，袁世凱要建立專製獨裁統治，豈能容忍任何立法、代議機關的存在。盡管進步黨忍辱負重，委曲求全，也不能使袁世凱這個鐵了心的獨裁者心慈手軟。1914年2月1日，內閣以總理熊希齡為首的許多閣僚不能忍受，宣布辭職。向來厭於政壇風濤的張謇，這次卻沒有隨同其他人辭職。善始善終，竭盡全力做好每一件事，是張謇的處事原則，他隻想振興經濟，發展實業、教育。他就任農商總長不過數月，許多事情才剛剛著手，特別是他夢想多年的導淮工程，現已提上議事日程，二月初，他剛同美國公使簽訂了“治淮借款條約”，他若辭職，這項借款也就中止了。袁世凱見他心事在此，落得做個順水人情，將原設導淮總局改為全國水利局，由張謇兼任總裁。
1914年4月，張謇帶領從荷蘭聘請來的水利工程師貝龍猛一道南行勘察淮河水情與河道。兩個月以後，第一次世界大戰開始，中法勸業銀行所定借款條約中止，美國幫助中國治淮的借款也停止了。張謇的治淮方案隻好也暫時擱淺。
夏天，一麵是淮河大水滔天、汪洋一片；另一麵是袁世凱迫不及待地要黃袍加身，籌安會鬧得烏煙瘴氣，張謇心急如焚。11月，他正式遞上辭呈，沒有得到袁世凱的批準。1915年春，袁世凱與日談判，簽訂“二十一條”，出賣中國大片利權，對此張謇怒不可遏，再具呈辭職，直到1915年4月，才把辭職書批下來，說可以解除工商部總長和農林部總長之職，至於全國水利局總裁的職務沒有提，也不知是同意還是不同意。
同年7月，因張謇尚未辭去全國水利局總裁職務，曾一度入京。當時，袁世凱稱帝之聲甚囂塵上，籌安會一些人想拉張謇參加，飽經政海風濤的張謇，眼見這場複辟鬧劇要引發一場舉國一致的反袁風暴，他斷然拒絕與籌安會同上賊船。8月16日，張謇正式辭去全國水利局總裁及參政所有職務，徹底與袁世凱斬斷一切聯係，退守通海一隅，實現自己的實業之夢。
1916年6月，袁世凱病亡，袁世凱帝製夢破滅。