蔡元培曾明確地提出，他在北大“第一要改革的，是學生的觀念”。這是他革新北大的一個重要思路，是他進行各項革新工作的一個重要出發點和歸宿。
蔡元培初任北京大學校長之時，學校學風不正，學生多為升官發財求學，於學問則興味索然。蔡元培在就任校長的演說中曾痛切指出：“若徒誌在做官發財，宗旨既乖，趨向自異。平時則放蕩冶遊，考試則熟讀講義，不問學問之有無，唯爭分數之多寡；試驗既終，書籍束之高閣，毫不過問，敷衍三四年，潦草塞責，文憑到手，即可藉此活動於社會，豈非與求學初衷大相背馳乎？光陰虛度，學問毫無，是自誤也。”他勉勵學生去掉科舉時代的習氣，抱定宗旨，為求學而來。為了改變學生的觀念，他多次向學生懇切地指出：“諸君須知大學並不是販賣畢業文憑的機關，也不是灌輸固定知識的機關，而是研究學理的機關。所以大學的學生，並不是熬資格，也不是硬記教員講義，是在教員指導之下，自動的研究學問的。”“學者當有研究學問之興趣，尤當養成學問家之人格。”他再三強調人生之目的為盡義務而來，現在求學是為將來服務社會的預備。“須知服務社會的能力，仍是以學問為基礎，仍不能不歸宿於切實用功。”蔡元培把這種轉變學生觀念作為改革的首要問題，這無疑是一個至今仍有啟迪意義的重要思路。
一
蔡元培深知，要革除封建科舉時代的習氣，培育學生一心向學的觀念，關鍵在於學校要有濃鬱的學術氛圍和良好的學風。所以，他把延聘積學而熱心的教員同轉變學生的觀念緊密地聯結在一起，並以此入手開始他對北大的革新工作。
蔡元培認為，“大學者，‘囊括大典，網羅眾家’之學府也”。“囊括大典”，指對待古今中外不同學派、思想和典籍的態度，主張“大學是包容各種學問的機關”。“網羅眾家”，則指廣收人才並發揮其所長。這是相互依存和關聯的兩個方麵。為此，他采取兼容並包方針，不拘一格廣泛延攬人才；同時，他對教員的選擇又堅持了很高的標準，而這個標準的核心要求，是要有利於學術水平的提高和人才的培養。
一方麵，他提出：“延聘教員，不但是求有學問的，還要求於學問上很有研究的興趣，並能引起學生的研究興趣的。不但世界的科學取最新的學說，就是我們本國固有的材料，也要用新方法來整理它。”這就是他所要求的教員要“積學與熱心”的標準。而對於那些學術水平低下、不適合在大學任教的，不論中外教員，他都一律按聘約合同予以解聘。蔡元培廣延積學而熱心的教員，反對罷黜百家、獨尊一己的文化專製主義，善於用人學術之專長。同時這個主張又同他整頓北大、改革其腐畋局麵的計劃相聯係。他曾說大約大學之所以不滿人意者，一在學課之淩雜，二在風紀之敗壞。救第一弊在延聘純粹之學問家，一麵教授，一麵與學生共同研究，以改造為純粹研究學問之機關。救第二弊在延聘學生之模範人物，以整飭學風。“因此，在引進人才方麵，他把政治傾向和學術做了區分，采取不求全責備和用人惟才的方針，同時又主要致力於引進新派學者，企求破舊催新，改變北大頑固守舊的風氣。他除了大量引進像陳獨秀、李大釗、胡適這樣新派人物外，還有這樣一個事例：他到校不久，擬在北大開設法國文學、哲學、美術等講座，並曾為此寫信委托巴黎華法教育會邀請法國學者來華講學，他提出受聘者的主要條件，一是要求本人是”新黨，一是能熱心教授中國人，且不與守舊派接近者。這反映了蔡元培思想的基本傾向，是和他在校內積極引進和支持新派教員的做法相一致的。
另一方麵，還要求講究教授法。蔡元培很重視培養學生的獨立研究能力，他說大學的學生並不是熬資格，也不是硬記教員講義，是在教員指導之下自動的研究學問的。他要求教員能夠引導、啟發學生從事研究，反對那種“注水入瓶，注滿就算完事”的教學方法，認為大學中“全為注入式的講義，課程繁重，使學生無自修之餘暇，又安有自動之機會？”因此他曾把研究“教授法之良否”，作為學科教授會的一項重要任務。他到校後，即針對當時教學上的弊病，把“改良講義”作為一項重要計劃提了出來，主張“以後所印講義，隻列綱要，細微末節，以及精旨奧義，或教師口授，或自行參考，以期學有心得，能裨實用”。當時講義多是隨講隨印隨發，由於講義與口授不同，教員編寫時自然格外要求材料精確明晰；課堂講授時也不便簡單重複講義內容，這就需要擇其要者作新的補充和發揮；同時也不能年年照發舊講義，而必須有新的增訂和安排，所以這樣做對教學雙方都大有益處。當時北大一些教員為學生所編寫的講義，經過修改潤色後，就是一部學術著作。同時，蔡元培還主張學生要廣泛接觸教員中不同學派的觀點，不囿於一己之見，一家之說。“令學生有自由選擇的餘地。”這樣有助於培養學生獨立研究的能力，使他們有可能從不同學派的比較中引發新義，提出自己的創見。當時胡適和梁漱溟對孔子的看法不同，蔡元培就請他們各開一課，唱對台戲。王昆侖曾對此回憶說蔡先生長北大時，主張百家爭鳴，所以會有兩位教師唱對台戲的情況，……我那時在文科學習，選修文字學。教文字學的有兩位老師，一位是新派錢玄同，一位是老派黃侃。我選的是錢玄同的課。一天，我正在課堂聽錢老師講課，不料對麵教室裏正在講課的黃侃大聲地罵起錢玄同來了。錢聽了也滿不在乎，照樣講課。後來，我就既聽錢玄同的課，也聽聽黃侃的課，以便兩相對照。這種情況並非罕見，它生動地反映當時的北大，在蔡先生的領導下，‘兼容並包’，百家爭鳴，學術民主的氣氛。這確是反映了當時北大生動活潑的教學局麵。
由於重視延聘選拔有真才實學的各方麵人才，這一時期的北京大學，實可謂人才薈萃，學術空氣濃厚，盛極一時。這對於使大學成為“研究高深學問之機關”，起了關鍵性的作用。
此外，蔡元培還采取了許多革新措施，以造成良好的學術環境。下麵擇其要者分述之。
一是改革招生製度，堅持以考生學業成績的優劣作為錄取的標準，使那些出身貧寒、學業優秀的青年有機會進入北大攻讀。過去京師大學堂初辦時，所收學生都是京官，後來也多是由各地衙門推薦選送，絕大多數是縉紳豪富子弟。後來北京大學的學生，就是從京師大學堂這種“老爺”式學生嬗繼下來。招生也沒有嚴格的製度和標準，所招的學生不乏紈絝子弟，並無真才實學。蔡元培提倡平民教育，堅持不看資格、出身，注重以成績擇優錄取，使許多優秀青年能進入北大。這不但在很大程度上改變了北大學生的組成，而且由於招收學生質量的提高，對於改變學校的風氣，提高學校的學術水平，也有重要作用。後來成為北大名教授的楊晦曾深情地回憶說：如果不是蔡先生任北京大學校長，改革了招生製度，他是不可能進入北大的。
二是重視課程的改革和建設，注重提高教學質量。蔡元培出任北大校長時，學校的教學思想仍很陳舊保守，課程設置也很落後，講課陳陳相因，敷衍塞責。他在課程改革和建設上的一個重要指導思想，就是反對專己守殘之陋見，對中西文化要兼收並蓄，擇善而從，融彙貫通。他積極主張吸收外國先進的科學文化，提出大學教學內容要對“世界的科學取最新的成就”。他還十分重視基礎知識和基本理論的學習，強調學生必須具備比較全麵的知識，紮實而寬厚的基礎。為了使學生具備比較全麵、寬厚的基礎知識，他還提出溝通大學文、理兩科的主張。他認為文、理兩科的截然劃分，和近代科學相互聯係的事實不相符合，因此主張習文者須兼習理科的基礎知識，習理者則要兼修文科的基礎知識。在學校的編製上實行學係製，廢止文、理、法等科別，使文、理學生能夠兼涉他科的課程；在教學管理上實行單位製（學分製）、選科製，使學生於選修課中有一定的選擇自由。這樣有利於發展學生的個性，能研究他們所向往的學科。在蔡元培的上述課程改革和建設的原則思路的指導下，加上這一時期北大集中了許多學有專長的知名教授，各學係的課程設置遠較過去充實，學術水平和教學質量都有顯著提高，這就大大引起學生求學的興趣。
三是興辦學報，使師生“提起學理的研究心”，並有“交換知識之機會”。蔡元培認為大學教育要重在啟發學生有研究的興趣，求得新知，“有了學報，學生必要發布議論，斷不能抄講義，必要於人人所知的講義以外求新材料，就不能不研究學理了”。1918年校內曾發行《理科大學月刊》，由理科學長夏元瑮負責，理本、預科全體教師組成審查部，以理本、預科每班學生中舉學問最優者為本班編輯員，刊登自然科學方麵論文。1918年秋，蔡元培鑒於“日刊篇幅無多，且半為本校通告所占，不能載長篇學說，於是有月刊之計劃”。1919年1月創辦了《北京大學月刊》，作為“本校教職員學生共同研究學術，發揮思想，披露心得之機關”。是全校性學術刊物，內容以刊登學術論文，“介紹東西洋最新最精之學術思想為主”，同時也刊登一些有文學價值的著作和譯文。當時決定除暑期停刊兩月外，月出一期，一期十萬字。開始由各研究所輪流編輯，後專門成立月刊編輯部。校內新舊兩派教員曾對月刊形式問題發生爭論，新派教員主張月刊文章一律橫排並加標點，一些舊派教員則堅持仍用豎排直行式。蔡元培為此在日刊刊登《啟事》，基本采納了新派教員的主張，但文學性質的不宜橫排者仍采用豎排法。1923年後，學校又創辦國學和社會科學兩種季刊，原計劃的自然科學和文藝季刊則因經費困難未能實現。學報的創辦，對破除學生“專己守殘之陋見”，提高研究興趣，“求有所發明”貢獻於社會，都起了很好的作用。
四是重視辦好圖書館，並整頓擴充實驗室，為教學和科學研究提供條件。蔡元培深知圖書館在大學中的地位和作用，他到校後即表示要盡力“籌集款項，多購新書”，要做到“典籍滿架，自可旁稽博采，無虞缺乏矣”。原來學校預算沒有確定購書的款項，這時每年核定專款並規定不得移作他用。購書程序采取由圖書委員會向教授征集應購之書單辦法，再經審查確有必要後廣為采購。在李大釗任圖書館主任期間（1917年11月至1922年12月），“對各類圖書兼容互需”，積極充實，這時學校圖書館的規模有較大的發展。這時理科的教學實驗設備也有了改善。蔡元培很重視實驗室的建設，如他所說為研究學問計，最重要的是實驗室。在這經濟最困難的時候，我們勉強騰出幾萬元，增設物理、化學、地質各係的儀表標本，並修理實驗室、陳列室，現在第二院已有與前不同之狀。
五是創辦研究所。蔡元培從大學應研究高深學問，大學生當以研究學術為天職的觀點出發，十分重視研究與提高的工作，大力主張“凡大學必有各種科學的研究所”。後來他還特別提出：“為北大發展計，與其求諸量，無寧求諸質，與其普及，無寧提高。”應著力辦好研究所。1917年底，北大文、理、法三科各學門（相當於係）先後成立了研究所。當時規定，凡本校畢業生都可誌願入所研究；本校高年級學生，取得研究所主任認可後可入所研究；外校同等學曆者經校長認可後得入所研究。凡符合規定者，根據自己的需要選定研究科目，誌願入所在教師指導下從事研究。範文瀾、馮友蘭、葉聖陶、俞平伯等都是這一時期的研究員或通信研究員。雖然這時的研究生製度還遠未完善，但在國內具有首創意義，它為畢業生和高年級學生提供了高深研究的機會。