1861年11月1日，慈禧發動政變，開始垂簾聽政，同時她不安於蟄居“紅牆綠瓦黑陰溝”的紫禁城，十分向往昔日的園居生活，於是，便處心積慮地謀求重修西郊圓明園。
1873年11月27日，重修圓明園工程正式興工，但因工程浩大，而又工款無著，材料奇缺，修建工程不得不於1874年9月9日停工。
1874年9月11日（同治十三年八月初一日），同治帝即頒詔停建圓明園工程的第三天，更發布上諭，命總管內務府大臣“查勘三海地方，量加修理，為朕恭奉兩宮皇太後駐蹕之所”。但時間不長，同治皇帝賓天，此議暫罷。
1885年（光緒十一年），年輕的光緒皇帝年滿15歲，即將舉行“大婚”，“親政”，慈禧便授意光緒皇帝，以“頤養兩宮”之名，降旨重修西苑三海。
重修西苑三海，是光緒年間京師最大土木工程之一，自始至終都由皇室最高皇權執行者醇親王奕021，以及慶郡王奕？監督實施。不久，海軍衙門成立，在醇親王奕021為總理海軍衙門事務大臣，以慶郡王奕？和直隸總督兼北洋通商大臣李鴻章會同辦理。他們三人以“籌建海軍”為名，把很大一部分精力用於重修西苑三海和西郊頤和園工程。整個工程的大部分費用則由海軍衙門報銷。李鴻章成了籌備工款的總經理。他采用調撥、報銷修園銀等手段，挪用了大筆海軍經費。
在《李文忠公全集？來往函件》中有這樣的記載：
一、“三海工程，急需二十四萬兩，先由海署存款項下借撥”。
二、“三海工程，待款孔亟，先由海署息借洋款八十萬兩。”
三、“報效修園工程銀計有：文钅舌三十萬兩，崇禮三十萬兩，崇厚三十萬兩，文錫二十萬兩，海署一百萬兩，增調一百萬兩，奕021、奕？代表神機營陸軍將佐共七十萬兩，李鴻章代表海軍衙門全體海軍將佐共七十萬兩”。
這三項記載，共籌集團工銀554萬兩，涉及海軍衙門的有374萬兩。
這次重修西苑三海，除維修油飾原有建築外，展拓了中海地麵和南海水域，新建了一些重要建築物和洋務設施。如慈禧寢宮“儀鑾殿”“西苑電燈公所”。增建了180餘間直房和70餘處堆撥。曆時四年，到1888年（光緒十四年）春工程漸次告竣，7月31日，慈禧太後首次駐蹕中海“儀鑾殿”。
在這次拓建三海時，在中海西岸的紫光閣前還修築了一條小鐵路直通北海的鏡清齋。李鴻章進貢了火輪車6輛，都是從法國進口的，屬於窄軌火車。其中有一節高級臥廂車，“陳設華美，製作精工”。李鴻章還特為這些經辦的法國商人請賞，要分別賞給他們以一、二、三等寶星。這條鐵路通過中南海北麵的福華門和北海的陽澤門，由於兩門之間為交通要道，這段鐵軌是不固定的，使用時臨時安裝。據說慈禧太後乘坐火車，不準車頭鳴笛，所以，行駛時不用機車，而是在車上拴絨繩，由太監曳引，前麵還有儀仗開路。
這條小鐵路是我國最早的鐵路之一。修築鐵路表麵上看是供慈禧太後遊樂之用的，實際上李鴻章是另有用意。他鑒於朝野中對修鐵路的爭議很大，有些人堅決反對修鐵路，慈禧太後又猶豫不決。所以，便以火車進宮，修小鐵路的辦法，讓慈禧太後和光緒帝親眼看到火車，從而支持修鐵路的主張。
在這重修西苑三海的第十二年，即1900年，八國聯軍攻占了北京，慈禧太後挾光緒帝落荒而逃，西苑三海變成了帝國主義侵略軍的兵營，聯軍統帥瓦德西的司令部設於慈禧寢宮“儀鑾殿”。西苑三海遭受洗劫，破壞嚴重，儀鑾殿被火焚。
1902年1月7日，慈禧、光緒結束流亡生活，回鑾入京。是年，立即著手整修西苑三海。重點工程是在儀鑾殿基址的東南方位，即春耦齋北麵，建造慈禧太後的女賓招待處，費幣500萬，仿西洋建築模式，建洋樓，命名“海晏堂”，辛亥革命後，更名“居仁堂”，隨後，又在儀鑾殿原址上，按中國傳統宮殿式樣建造慈禧寢宮，命名“佛照樓”，後又更名為“懷仁堂”。
光緒年間重修西苑三海，增設了鐵路、電燈公所、西式洋樓等設施，標誌北京正醞釀由封建古都向現代化都市演進，是北京城市現代化的起點和界碑。
風雲激蕩中南海
辛亥革命風暴席卷全國，清王室處於風雨飄搖之中。袁世凱篡權，登上總統寶座，入主中南海居仁堂。但民國時期，軍閥之爭頻起禍亂，中南海幾易其主。國民黨政府時期，最後的剿總司令，終以和平方式，交出中南海，走出北平城。
武昌起義爆發後，各地革命浪潮風起雲湧。1912年2月12日清帝宣布退位，幾千年的封建專製帝製終於被人民推翻了。民國前期北京仍為中華民國首都。於是北京便以“民國首都”的地位成為北洋軍閥封建獨裁統治的中心。1927年4月18日，蔣介石在南京成立國民政府。第二年6月28日，國民黨南京政府改北京為北平，並劃為特別市。
在這一曆史時期，中南海一直處於風雲激蕩的曆史漩渦之中，成為人們關注的焦點。辛亥革命後，袁世凱一麵要挾革命黨議和，一麵又在海晏樓朝見隆裕皇太後，用革命聲勢恫嚇隆裕，以此威迫清帝退位。袁世凱奪權後，把海晏樓改成“居仁堂”會客室。並在中海西岸，建了雙亭，在亭南建石室。石室白石砌成，朱門金釘，南向。室內藏“建儲函冊”金匱。袁世凱竊國後，根據大總統選舉法，由袁世凱寫出三個候選人名單，封於金匱，藏於金室，到期打開金匱，取出函冊，由國會從袁世凱早就指定的三名候選人中選出一名當總統。
1915年袁世凱要做皇帝了，12月13日，在居仁堂接受百官“朝賀”，冊封黎元洪為武義親王。接著，成立帝製“大典籌備處”，對龍濟光、張勳等49人封爵加官，改總統府為“新華宮”，改民國五年為“洪憲”元年。這個大野心家自以為安排得當，事事如意，隻等1916年元旦那一天穿龍袍登龍位了。但同月23日，蔡鍔等在雲南首先出師討袁，貴州、廣西、廣東、浙江等省紛紛響應。1916年3月22日，他被迫宣布取消帝製，6月6日，在全國人民的聲討中，一病“嗚呼”。
袁世凱死後，馮國璋當了總統，他把居仁堂作為自己眷屬住房，堂門改為“寶光門”。馮國璋曾在堂後樓內召開有中外人士參加的關鍵會議。