是年九月，後黨加快了政變步伐。懷塔布、楊崇伊銜慈禧之命赴天津與榮祿密謀，預定十月底慈禧、光緒同赴天津閱兵時，發動政變，廢黜光緒帝，捕殺維新派人士。風聲日緊，形勢十分危急，康有為急向光緒帝進策：一、仿照日本設立參謀部，收回軍權，皇帝自為海陸軍大元帥；二、改元為維新元年，斷發易服，以示變法決心；三、遷都上海，擺脫後黨圈禁。同時又深感武裝的重要，便把希望寄托於擁有7000人重兵並曾加入強學會的袁世凱身上。康有為先派親信弟子徐仁祿到小站探察，獲息袁世凱表示擁帝，致使康有為、譚嗣同認為“可救上者隻此一人”，於是就密奏光緒幫結袁以備不測。九月十六日、十七日，光緒帝兩次召見袁世凱，破格賞以侍郎候補。專辦練兵事務；麵諭袁“與榮祿各幹各事”使其不受掣肘。然而，袁世凱在光緒帝召見之後，便立即去辭謁軍機大臣裕祿、剛毅、王文韶，乞求寬諒。九月中旬，光緒帝已感大禍臨頭，先於十三日向康有為等下密詔，稱“今朕位幾不保，汝康有為、楊銳、林旭、譚嗣同、劉光等等，可妥速密籌，設法相救”。由於楊銳帶此密詔不敢傳出，光緒帝不見康有為等回音，就於十七日又密諭康有為出逃，前往上海督辦官報，“將來更效馳驅，共建大業”。第二天，康有為從林旭處得兩密詔後，立即召集譚嗣同、梁啟超、康廣仁、徐世昌等在南海會館共商對策，大家見麵後抱頭痛哭，一籌莫展，最後決定孤注一擲，由譚嗣同攜密詔去勸說袁世凱舉兵勤王。當日深夜，譚嗣同赴袁世凱寓所法華寺，請袁起兵殺榮祿、圍慈禧太後所居頤和園，實行兵諫，以此來保衛光緒帝執政。袁世凱佯作許諾，正色厲聲表示竭死力救“聖主”，“誅殺榮祿如殺一狗耳！”九月二十日，袁世凱請訓回天津，光緒帝賜密詔，命其保護新政。袁世凱再表“忠心”，但是當他回天津後，立即向榮祿告密，表示要為“緝捕奸謀，效忠太後”盡力。
當袁世凱應召從津赴京陛見時，後黨就立即調聶士成5000人兵力開赴天津陳家溝一帶布防，切斷了北京與小站間通道。九月十八日，董福祥甘軍開進北京城，揚言京師有大變。九月十九日，慈禧太後自頤和園趕回紫禁城。九月二十一日淩晨，慈禧發動宮廷政變，幽禁光緒帝於中南海瀛台，並用光緒帝名義發布上諭，“再三籲懇慈恩訓政”，宣布慈禧重新“垂簾聽政”，下令廢除變法法令。九月二十二日，榮祿派兵3000人在京城搜捕維新派和帝黨人士。政變前後，維新派曾議定由李提摩太（英傳教士）、容閎、梁啟超分別去見英、美、日三國公使，求其設法救助光緒帝和維新派，結果都落空。康有為得到英國保護，逃奔香港，後去日本；梁啟超得到日本保護，逃至日本橫濱。九月二十八日，譚嗣同、林旭、劉光第、楊銳、楊深秀、康廣仁等六人（史稱“戊戌六君子”）同時被殺害於北京菜市口。譚嗣同臨刑前悲憤喊出“有心殺賊，無力回天”。康有為、梁啟超被通緝；維新派官員陳寶箴、江標、黃遵憲等數十人被革職或流放；除京師大學堂外，新政全部廢止。戊戌變法失敗。
創立京師大學堂
光緒二十二年（1896年）六月十二日，刑部侍郎李端棻上奏光緒帝，提出應自京師以及各省府州縣皆設學堂，京師大學惟益加專精。對此光緒帝諭旨：此事由總理衙門妥議。七月，協辦大學士孫家鼐奉旨召集有關官員商議辦學堂事，強調應以“中學為主，西學為輔；中學為體，西學為用”。為辦學方針。並決定於北京西城原同文館附近買地籌金擴建學舍。光緒二十四年（1898年）二月十五日，禦史王鵬運上奏光緒帝再次提出開辦京師大學堂。光緒帝下渝：“妥速辦理”。六月十一日，光緒帝頒“明定國是”詔，實行變法。隨後，命軍機大臣和總理衙門妥議開辦京師大學堂事。決定由梁啟超參考日本和西方各國學製起草《京師大學堂章程》，章程分八章五十二條。規定：京師大學堂的辦學方針為：“中學為體，西學為用，中西並用，觀其會通”。課程分為普通學和專門學兩類。以經學、理學、中外掌故學、諸子學、初級算學、格致學、地理學、文學及體操學為普通學科；以各國語言文學、高等算學、格致學、政治學、地理學、農學、礦學、工程學、商學、兵學、衛生學為專門學科。章程還規定“各省學堂皆歸大學堂統轄”。同時提出“寬籌經費”、“宏建學舍”、“慎選管學大臣”、“簡派總教習”等建議。七月三日，朝廷批準設立京師大學堂。隨後委派吏部尚書、協辦大學士孫家鼐為管學大臣，管理大學堂事務。任命張元濟為大學堂總辦（後又由黃紹箕、餘誠格分別繼任）。任命朱祖謀、李家駒為提調，許景澄為總教習，劉可毅、駱成驤為教習。原同文館總教習丁韙良為西學總教習。同時決定將原設官書局和新設譯書局並入大學堂。由管學大臣督辦。光緒二十四年（1898年）八月九日，京師大學堂正式開學，學員不足百人，多為世家官宦子弟及少數各省中學堂選送的高才生。十二月三十日，又設立師範齋，規定於前三級學生中選其高才生為師範生，專講教學之法，為以後派往各省學堂充當教習之用。次年九月，又設立史學、地理、政治三學堂。改派許景澄為管學大臣，黃紹箕為總辦，劉可毅、駱成驤仍為教習。光緒二十六年（1900年），義和團運動在京津一帶興起，京師大學堂內師生對此議論紛紛。管學大臣許景澄與京官袁昶等力主鎮壓。不久許以“極諫”圍攻使館和排外宣戰的罪名而被清廷殺戮，教習劉可毅也被殺害。消息傳來京師大學堂學生四散離去，校舍封閉，藏書損失殆盡。九月，慈禧太後下令停辦京師大學堂。