1902年1月1日，壬寅二十八年，蔡元培在與他往日的學生黃仲玉女士杭州舉辦了他壹生中的第二次婚禮。 1902年，蔡元培35歲時，同蔣智由等在上海創辦中國教育會並任會長，創立愛國學社、愛國女學，均曾被推為總理。 1903年，癸卯二十九年，蔡元培36歲時，愛國學社的活動引起清政府的警覺，下令偵訊。蔡元培輾轉青島、日本、紹興、上海等地，壹方面學習德語，準備赴德留學以躲避風頭，壹方面仍從事教育和革命活動。 1903年，蔡元培為抗拒俄國政府覬覦中國北方領土，與上海反清革命誌士以對俄同誌會的名義辦了《俄事警聞》（後改《警鐘日報》） 1904年，甲辰三十年37歲時，他在上海組織建立了光復會。 1905年，乙巳三十壹年38歲時，同盟會成立，光復會並入，孫中山委任蔡元培為同盟會上海分會負責人。 1907年5月，丁未三十三年40歲時，他在駐德公使孫寶琦的幫助下前往德國柏林，入萊比錫大學聽課和研究心理學、美學、哲學諸學科。壹面學習，壹面教授唐紹儀(後任民國政府第壹任內閣總理)4個侄子的中文教師，已近不惑之年的蔡元培開始了4年海外留學的生活。在德4年，他編著了《中國倫理學史》等壹批學術書籍。 1911年11月上旬，宣統三年辛亥年，辛亥革命爆發，在陳其美去電催促下，蔡元培取道西伯利亞回國。 1912年1月4日，民國元年，中華民國臨時政府在南京成立，他就任南京臨時政府教育總長。教育部在蔡元培之下對公眾征求可能的國歌，後來頒布了中華民國臨時國歌，由沈恩孚作詞、沈彭年譜曲的國歌擬稿，歌名《五旗***和歌》（中華民國國歌） 1月19日，民國元年，他頒布了《普通教育暫行辦法》，並主持制定了《大學令》和《中學令》，這是中國的第壹個大學和中學校令，他強調要把中學和大學鍵造成健全國民的學校。 2月，魯迅被他邀請到教育部任職。 1912年7月，蔡元培因不願與袁世凱政府合作而辭職。 1913年，民國二年蔡元培46歲時，再次赴法國從事學術研究，在留歐的三年時間裏，又編撰了不少哲學美學著作。 1915年6月，民國四年，蔡元培48歲時，他與李石曾、吳玉章等發起組織華法教育會，在法國倡勤勤工儉學，希望以次組織幫助更多華人到歐洲求學，後來的周恩來、鄧小平等均是通過這個組織的幫助後順利在法國進行學習的。 1916年夏，黎元洪的北京政府終於明令恢復了民國初年的《臨時約法》，孫中山、黃興等壹大批流亡海外的革命黨人紛紛相約回國，壹些浙江籍議員還發電給遠在法國的蔡元培，說是要推選他當浙江省督軍。 1916年11月8日，蔡元培與吳玉章壹起乘船由馬賽回國，抵達上海。 1916年12月26日，民國五年，蔡元培49歲時，受命擔任北京大學校長。 1917年1月9日，蔡元培發表就任北京大學校長的演說，對學生提出三點要求：壹曰抱定宗旨，二曰砥礪德行，三曰敬愛師長，將“抱定宗旨”置於首位。 1917年，蔡元培聘請《新青年》主編陳獨秀為文科學長，並聘請李大釗、胡適、錢玄同等“新派”人物在北大任教，采用“思想自由，兼容並包”的辦學方針，實行“教授治校”的制度，提倡學術民主，支持新文化運動。 蔡元培
1917年，蔡元培邀請著名哲學家梁漱溟到北京大學講授印度哲學。 1917年，徐悲鴻應蔡元培之邀從日本東京返北京，任北京大學畫法研究會導師。 1917年7月，胡適從美國學成回國，被北京大學校長蔡元培聘為教授。 1917年7月3日，蔡元培在北大發表熱情洋溢的就職演說的余熱未散，就向黎元洪總統提出辭職了，措辭委婉，但動因沈郁，那就是抗議張勛復辟。 1917年10月，民國六年，蔡元培50歲時，主持教育部召開北京各高等學校代表會議，討論修改大學規程，北京大學文科提出廢年級制，采用選科制的議案，會議議決通過，決定在北大試行。北大選科制規定每周壹課時，學完壹年為壹個單位，本科應修滿80個單位，壹半必修，壹半選修(理科酌量減少)，修滿即可畢業，不拘年限；預科應修滿40個單位，必修占四分之三，選修占四分之壹。選修科目可以跨系。 1918年，他更明確地指出：“大學為純粹研究學問之機關，不可視為養成資格之所，亦不可視為販賣知識之所。學者當有研究學問之興趣，尤當養成學問家之人格。” 1918年5月22日，蔡元培為“中日防敵軍事協定”這個破事，反對政府變相賣國，又向大總統提出辭呈。 1918年11月16日，民國七年蔡元培51歲時，“壹戰”剛結束,在天安門前組織集會慶祝,發表題為《勞工神聖》的演講，鮮明提出要“認識勞工的價值”，並喊出了“勞工神聖”的口號。 1919年，蔡元培在北京大學廢除科，改原隸屬於科的學門為系，設立14個系，廢學長，設系主任。原來的文、理、法三科分別改稱第壹、二、三院，僅作為各系所在地區的標誌(因原來三科分布在不同地區)，不代表壹級機構。 1919年5月8日，五四運動爆發後，蔡元培為抗議政府逮捕學生，於5月8日提交了辭呈。並於9日悄然離京。 5月13日，北京各大專學校校長於5月13日向政府齊上辭呈，支持蔡元培。 1919年6月15日，民國八年蔡元培52歲時，在他發布的《不願再任北京大學校長的宣言》中說：“我絕對不能再作不自由的大學校長：思想自由，是世界大學的通例。後由於北大師生極力挽留，蔡元培答應只做北大師生的校長。 1920年初，蔡元培與李石曾、吳敬恒，利用庚子賠款，創辦中法大學於北京。蔡元培任校長。 1920年2月，蔡元培下令允許王蘭、奚湞、查曉園3位女生入北大文科旁聽，當年秋季起即正式招收女生，開我國公立大學招收女生之先例。 1920年5月，蔡元培聘任地質學家李四光出任北京大學地質系教授，邀著名作家莎菲回國任北京大學文學教授，8月，聘魯迅為北京大學講師。 1920年年底，民國九年,蔡元培53歲時，被北京大學派遣去歐洲考察。與法國裏昂市長赫禮歐(Herriot)，裏昂大學醫學院院長雷賓(Lepine)等，合作設立裏昂中法大學協會，決定在裏昂成立中法大學