從此以後，梁啟超成為康有為最得意的門生和主要助手。帝國主義的侵略和壓迫，清政府的腐敗和無能，民族的危機，促使梁啟超開始關心祖國的前途和民族的命運，這樣，梁啟超就逐步由一個普通的封建知識分子，轉變為一個探索和拯救祖國命運的維新誌士。
1895年，喪權辱國的《馬關條約》簽訂的消息傳到北京。康有為、梁啟超等聯合在京會試的舉人，上書清政府，要求拒和、遷都、練兵、變法。史稱“公車上書”，震動了當時朝野。梁啟超這位年輕的維新誌士，跟隨康有為一起，投入了現實的政治鬥爭潮流。他四處奔走，八方聯絡，表現出組織方麵的傑出才幹。草奏折，寫文章，顯示了在文字宣傳方麵的卓越才能。在這場鬥爭中，他結識了一大批維新誌士。這一切，都為他在以後的維新運動中，發揮更大作用創造了條件。
這次“公車上書”雖然由於頑固派的阻撓，轉送給皇帝光緒，沒有結果，但是舉人們的上書請願，在當時的社會畢竟是一件不平凡的舉動，它使一潭死水的清朝政局，激起了一陣波浪。
接著，梁啟超協助康有為組織“強學會”，創辦《中外紀聞》。也由於頑固派的阻撓破壞，兩者分別被迫解散和停刊。京師的維新運動轉入低潮。
1896年，梁啟超離京抵滬，創辦《時務報》，並擔任主筆。在他們周圍，團結了馬相伯、馬建忠、嚴複、譚嗣同、容閎、章太炎等一批維新誌士或同情者，作為撰稿人。梁啟超本人也在《時務報》上先後寫了《變法通議》、《古議院考》、《論中國積弱由於防弊》、《論君政民政相嬗之理》等重要政論。在他那些“條理明晰，筆鋒常帶感情，對於讀者，別具一種魔力”的文章中，係統地宣傳了變法維新的理論，並同封建頑固勢力展開了激烈的論戰，在當時知識分子中產生了極為廣泛的影響。所以《時務報》創刊後，幾個月之內，就銷售一萬多份，風靡一時，成為資產階級維新派的喉舌。梁啟超的名聲亦由是噪起。
1897年，梁啟超離滬，就任長沙湖南時務學堂中文總教習。他以萬木草堂的教學原則為藍本，製定《湖南時務學堂學約》10章。通過教學，著重培養學生具有變法維新的意誌，閱讀儒家著作及曆代治亂興衰的記載，參考資本主義國家的社會學說和自然科學，研求治國的道理，為維新變法事業培養了一批出色的人才。
1898年，“百日維新”期間，梁啟超協助康有為倡行新政，除草擬廢八股折、定大學堂章程外，又草定獎勵工藝、獎製新器的章程。
光緒皇帝也親自召見梁啟超，命呈《變法通議》，賞六品銜，辦理京師大學堂、譯書局事務。
戊戌變法失敗梁啟超逃到日本。此後他在政治上逐步趨向保守，但直到1903年以前，他在傳播西學方麵仍起著廣泛而富有成效的思想啟蒙作用，給予當時的學術界、教育界以深遠的影響。他曾以《自勵》為題作詩：“獻身甘作萬矢的，著論求為百世師。誓起民權移舊俗，更研哲理牖新知”，表達了他要繼續探求真理的思想和信念。
梁啟超在此時撰文介紹了西歐資產階級上升時期的學術思想，如霍布士、培根、笛卡兒、盧梭、康德、孟德斯鳩、達爾文等人的思想，還有資產階級在政治、哲學等方麵代表人物的傳記，以及西方一些國家的曆史、地理方麵的知識，從而打開了原來隻知四書五經、孔孟老莊的封建傳統文化的人們的眼界，給他們(特別是青年)灌輸了許多新的理論、觀點，讓他們懂得了除中國傳統的舊學外，在西方資本主義世界的廣闊的知識海洋中，還蘊藏著那麼多的精深學問。僅就這一點來說，梁啟超算得上是影響了整整一代中國青年的啟蒙大師。
郭沫若在他的一段回憶中曾經公正的指出了這一點“那時候，梁任公已經成了保皇黨了。我們心裏很鄙屑他，但卻喜歡他的著書。平心而論，梁任公地位在當時確實不失一個革命家的代表。在他那新興氣銳的言論之前，差不多所有的舊思想、舊風習都好象狂風中的敗葉，完全失掉了它的精彩。二十年前的青少年——換句話說，就是當時有產階級的子弟——無論是讚成或反對，可以說沒有一個沒有受過他的思想或文字的洗禮的”。