甲午戰爭後，盛宣懷更是堅定了自己的信念，他認為國家欲圖自強，籌設學堂、培育人才是關鍵。他在給朝廷的奏折中說：“自強首在儲才，儲才必先興學”，“西國人材之盛皆出於學堂”。在他的倡議下，1895年10月2日，光緒帝禦筆欽準設立北洋大學堂，這一天也成為中國第一所大學建校紀念日。
北洋大學堂創建後，盛宣懷秉承“事事研求”的人生宗旨，不斷豐富和完善“中學為體，西學為用”的辦學方針，形成了“西學體用”的思想理念。
首先，盛宣懷采用專家辦學模式，奏明皇帝“須遴選深通西學體用之員總理”，聘請美國教育家丁家立具體掌管設在天津的大學堂，並聘請了一批外籍教員。
其次，針對當時清王朝在處理內政外交上急需熟悉法律的人才，以及急需開發礦業資源、發展機械加工工業的實際，盛宣懷開設了法律、土木工程、采礦冶金、機械工程等學科，並隨著事業的變化，及時改變專業設置，添設新的專業。
第三，盛宣懷認為“師範、小學尤為學堂一事務中之先務”。所以他又開始了培植師資和生源的工作，1897年他建立了我國教育史上第一所新式師範學院，以及第一所外院（即小學），連同相當於大學附中的北洋大學堂二等學堂，形成了較為完善的三級學製，為中國新式係統學製的建立奠定了基礎。
第四，盛宣懷注意因材施教，因人而異，培養專門人才。學生入頭等學堂先學習第一年基礎功課，學完後，由總辦、總教習察看每一個學生的資質，酌定今後的學習內容；即便是出國留學，也要根據每人的資質，選其專門學科去深造。
第五，確立了“嚴謹治學，嚴格教學要求”的校風。
盛宣懷除了創辦了北洋大學堂外，他還創設了南洋公學（今上海交通大學）、南洋公學附設譯書院、電報學堂等。為適應清政府經濟特科的選拔，他精心開辦了“特班”，專門培養政府官吏，如為發展鐵路事業，開辦了“鐵路班”。
盛宣懷與大學教育的淵源並不隻體現在他親自創辦的這些學堂上，1916年4月27日他去世之後，其十餘萬卷的藏書被民國政府一分為三，分別給了聖約翰大學、上海交大和山西銘賢學校。解放後，這些藏書的分配又被作了重新調整，安徽大學、華東師大、山西農大成為新的受益者。甚至連盛宣懷與朋友來往的六百封信劄，也被香港中文大學所收藏。