李鴻章在北京淪陷後才到達天津，他這時的官銜是北洋大臣、直隸總督、武衛軍統帥及議和大臣，這些官銜對於八國聯軍所佔領的天津是發生不了作用的。他之所以受洋人尊重，完全由於他個人的國際聲望。他於光緒廿六年（1900年）八月間抵達天津，幾乎是和八國聯軍統帥瓦德西抵津的時間相同。可是他們兩人正式見面則是九月廿四日在北京會面的。
瓦德西事後五天曾向德皇作一詳細報告：「……余曾接見慶親王及總督李鴻章。李氏首先到此，慶親王剛遲廿分鐘始來；兩人共在余處計有一點鐘之久。從談話之中余遂覺得該兩人均有急望和議開始之意。……李鴻章請命賜給彼之差官一種護照……余對於中國官廳，必須其誠心依照余命而行者，方能容忍。今日餘曾往答拜兩先生，在慶親王處僅作一番無關重要之談話，但彼要求從速開始和平會議之意卻曾表示出來。余給李鴻章先生一圖，其上余曾劃有上述佔領區域之範圍。李氏頗嫌其寬廣。余從李氏屢次提及進兵張家口一事之中，可以明白盾出此舉頗使彼憂懼，且由此足以證明余之進兵該地可謂頗得其道。……」
光緒廿七年（1901年）李鴻章代表清廷接受了八國聯軍所提的議和條款，這就是著名的《辛丑條約》。其要點為：
（一）中國遣使赴德日兩國道歉。
（二）懲辦禍首大臣。
（三）禁止向中國輸入軍火兩年，期滿得再展延兩年。
（四）賠款銀四億五千萬兩，分卅九年償清，合利息共計銀九億八千二百餘萬兩。
（五）北京劃定使館區域，區內由使館團管理，各國並得派兵防守。
（六）毀大沽至北京間之炮台。天津、北京、山海關間之交通要地，允許各國駐兵。
（七）清廷允許張貼「嚴禁仇外」之上諭於各地。
（八）清廷對任何設立仇外之會黨立刻正法。
這次屈辱的條約，是在聯軍槍桿下被迫簽署的；列強本可瓜分中國，只是由於本身間的矛盾和利害衝突，所以中國在這時候才僥倖不被瓜分，而僅被迫簽約，實在是不幸中的大幸。可是這個《辛丑條約》應該是中國有史以來對外簽定條約中的最屈辱條約，由於這個條約，使中國京城的大門洞開，使以後幾十年的民族自尊心受到極大的打擊。
義和團煙消雲散，可是義和團事件的影響，卻極其深遠：
（一）世界各國並不去檢討這次事件形成的原因，而嚴厲指責義和團行動粗暴，指責中國不是一個文明國家，指責中華民族是一個野蠻的民族。
（二）自鴉片戰爭開始，西洋武力開始侵略中國，但每次戰爭它們所擊敗的只是清朝政府，一般民眾和守舊士大夫，在心理上並未屈服。義和團事件是清朝政府、中國衛道的士大夫、以及廣大的農民匯合凝聚而成的力量，他們以符咒和拳棒去和西洋槍炮相對抗，結果徹底地失敗了。經過這次慘敗，清朝野都都不敢輕外仇外，民族自尊心完全喪失，人民在不知不覺中養成了媚外心理，這種心理影響了中國以後數十年。
（三）督撫權力增加，演變成後來軍閥割據。因為拳變期間，李鴻章、劉坤一、袁世凱等人和列強約定，各省自保。保護外人生命財產和教堂，請列強勿進兵東南各省，這一舉措在拳變之後受到清廷的承認和嘉勉，遂使各省督撫形成半獨立局面。
（四）中國有志之士認清一點：就是腐化的清朝政權，非推翻不可，欲救中國，非革命不可。
（五）最明顯的結果，是清朝政府中老的一代死的死，被淘汰的淘汰了，眾望所歸的唯一人物是袁世凱，他取代了李鴻章的地位，從而為未來的北洋軍閥一系奠定基礎。
袁世凱在義和團之變時，不僅成為有名望的督撫，堪與劉坤一、張之洞等齊名。且由於他在北方，各省督撫向北京的奏報都是由他轉遞，加上義和團肇始山東，自袁接任山東巡撫後，山東省境內太平，因此無論中外人士對袁都刮目相看了。
北京陷後，兩宮出奔，在蒙塵途中曾電諭李鴻章，命他火速前往北京與洋人議和。袁亦密電李鴻章說：「海關總稅務司赫德稱，各國並無他意，深盼李相能說慶親王共商議和事。」
如此一來，袁對國家大事，也取得了發言權了。
慈禧和光緒在赴西安途中，追隨左右的全是守舊派大臣，由於這些頑固派的包圍，所以談和時，洋人也心存疑慮，因此袁和李鴻章便密商促成榮祿能盡速前往行在，俾慈禧左右能有一進言之大臣。榮祿在北京失陷時，對於守舊派壟斷朝政，深感灰心，經李、袁的敦促，乃趨赴西安。而慈嬉對榮祿仍極信任，不久榮祿便成為極重要的軍機大臣。自榮祿重被慈禧所寵信，袁的發言權便大為提高。在這期間，他和劉坤一、張之洞、盛宣懷等聯成一氣，而李鴻章在北京，榮祿在西京，因此他的意見可以四通八達，他的地位便日益重要了。
當和議達成，八國聯軍即將撤兵時，京畿重地必須有清兵駐守，以維治安，李鴻章急電請袁派姜桂題率兵先赴河南，以備接替。當時姜桂題正在保護青濰鐵道工程，袁於是即撥防營前往遞補，並飭姜桂題立即出發，待命前往接替八國聯軍。
光緒廿七年（1901年）四月廿九日袁世凱的親生母親劉氏病逝。原來劉氏和袁的嗣母牛氏都是住在河南項城原籍，牛氏去世後，袁乃迎養親生母到住所，隨袁宦游各地，主持家務。袁丁喪後遂電辭山東巡撫，可是他這時候是各方所矚目的大臣，山東全身司道百官和地方紳士，都紛電西安行在和李鴻章處，請旨奪情。五月一日上諭給袁喪假一百天，袁有哀懇電云：「五月初一日恭奉諭旨，以世凱丁本生母憂，賞假百日，即在撫署穿孝，假滿後改為署理，照常任事。捧讀之餘，感紉泣血，伏念時勢阽危，至今已極。聯軍尚未盡撤，伏莽益復橫行，臣母病中，時勖臣以損頂摩踵仰酬知遇，並以病軀支離，未得親見迴鑾盛典為詞。迨至彌留之際，口不能言，猶復舉手西指，淚滿衣襟，是臣上報君恩，似未可一意固辭，下承母訓，尤不願再三虛讓。惟是窀穸未安，方寸已亂，設身膺墨，而手-簿書，非但為千古之罪人，亦恐負一時之清議。傍徨午夜，屢絕粥-，懇准百日內開缺離署，扶櫬返里，俟葬親事畢，遄返東省，當專任營務，稍盡翊衛巡防之任。倘冬春之交，時局大定，再懇許臣回籍終制，此則烏哺私情，以必得所求而後已也。」五月十一日慈禧溫旨慰留，同時派員代表太后賜祭。
袁的生母劉氏和嗣母牛氏本是妯娌，她們都是舊社會婦女，受的全是舊禮教薰陶，兩妯娌對於這個能幹兒子都很寵愛。袁在山東巡撫任內雖為時只有一兩年，但他已成全國矚目人物，項城袁家的人很多都濟南，而袁也大力整修項城的舊居。劉太夫人一直隨袁在濟南，劉氏物故後，袁一再懇辭山東巡撫以守制三年，這不過是舊中國的禮教習慣，其實袁這時不止是辭卸不得，而且好運還才開始呢！
袁在山東巡撫任內有一件新政，就是在省城濟南設置大學堂。不過這所謂的大學堂，是小學、中學、大學的一貫制，共分四級，第一級稱「蒙養學堂」，挑選幼童自七歲起至14歲止，為時八年，講習經史，並授以簡易天文、地輿、算術。畢業後升入第二級稱「備齋」，講求淺近政治、藝學，兩年畢業。畢業後升入第三級「正齋」，研讀四年，分科為中國經學、中外史學、中外政治學、方言學、商學、工學、礦學、農學、測繪學、醫學共十門。畢業後升入「專齋」，以兩年至四年為期。專齋課程俟正齋畢業後再訂。每年經費預算6萬兩，聘美國人赫士為總教習。這就是最早的山東大學堂，後來雖然未照這計劃進行，可是，袁總算是一個首創者。
中國士大夫階級都有濃厚的重農輕商觀念，袁則認識商業發達，可以富國裕民，所以他在山東農商並重，因此首創商務總局，以道員唐紹儀總司局務。又設籌款總局，整飭土藥、煙酒各項雜稅厘捐。並且派遣道員馬廷亮往日本搜集日本銀行鑄造銀圓的辦法和章程，以及印刷鈔票的辦法等等。
事實上，這個時候的袁世凱，所有措施都算得上是新政，正因為他是新政，和守舊的頑固派對比，顯得突出，政治是多麼的現實，他當年以出賣維新派、打倒新政而鴻運當頭，如今他卻以行新政而贏取時譽。
袁曾得意地告訴幕僚們說：「此次拳亂，各督撫中如無我輩四人-拄，國事尚可問乎？」袁所謂的四人是：李鴻章、劉坤一、張之洞和他自己，得意之情，溢於言表。
光緒廿七年（1901年）九月廿六日，西太后和光緒皇帝以及王公大臣正在回往北京途中，這天是由河南省鞏縣抵達汜水縣駐蹕，得到李鴻章自京電奏：「病勢危篤，請速派大臣接替，以資鎮攝。」這時奕-已由北京前來迎駕，俾讓兩宮在還京以前詳知談和情形以及北京近況，李鴻章突然病重，所以電奏兩宮，希望速讓奕-趕返北京，繼續和議。慈禧和光緒閱電都非常擔心，因為奕-雖已出京，但尚未趕到。慈禧這天以極憂鬱的顏色對隨駕的吳永說：「大局未定，李相倘有不測，這如此重荷，更有何人可以分擔？」
第二天，九月廿七日兩宮自汜水赴榮陽，傍晚接到北京急電，李鴻章於午刻逝世，慈禧和光緒聽見這個噩耗，飯都吃不下去，隨駕大臣乃至宮監衛士都有梁傾棟折的感覺。慈禧和光緒立即召見榮祿等大臣，太后決定三個主要人事命令：
一、王文韶著署理全權大臣。
二、直隸總督兼北洋大臣著袁世凱署理；未到任以前，著周馥護理。
三、山東巡撫著漕運總督張人駿調補。
十月初二日兩宮駐蹕開封，河南全省文武均在城外迎駕，行宮陳設壯麗，儼然有內廷氣象。奕-由京師趕到，立即獲得召見，詢問京中情況至為詳盡。第二天再召奕-，奕-把李鴻章的最後奉疏奉呈，兩宮都為之流涕。
李鴻章的遺疏全文於後：
奏為臣病垂危，自知不起，口占遺疏，仰求聖鑒事。竊臣體氣素健，向能耐勞，服官四十餘年，未嘗因病請假。前在馬關受傷，流血過久，遂成眩暈。去夏冒暑北上，復患洩瀉，元氣大傷。入都後又以事機不順，朝夕焦思，往往徹夜不眠，胃納日減，觸發舊疾時作時止。迭蒙聖慈垂詢，特賞假期，慰諭周詳，感激涕零。和約幸得竣事，俄約仍無定期，上貽宵旰之憂，是臣未終心事。每一念及，憂灼五中。本月十九夜，，忽喀血碗余，數日之間，遂至沉篤，群醫束手，知難久延。謹口占遺疏，煩臣子經述恭校寫成，固封以俟。伏念臣受知最早，蒙恩最深，每念時局艱危，不敢自稱衰病。惟冀稍延余息，重睹中興。繼志以終，歿身難瞑。現值京師初復，鑾輅未歸，和議新成，東事尚棘，根本至計，處處可虞。竊念多難興邦，殷憂啟聖。伏讀迭次諭旨，舉行新政，力圖自強。慶親王等皆臣久經共事之人，此次復同更患難，定能一心效力，翼贊訐謨。臣在九泉，庶無遺憾。至臣子孫，皆受國厚恩，唯有勖其守身讀書，勉圖報效。屬纊在即，瞻望無時，長辭聖明，無任依戀之至。謹叩謝天恩，乞皇太后、皇上聖鑒。謹奏。
同日發佈一道上諭：「奉懿旨，略謂上年京師之變，該大學士忠誠堅忍，力任其難，宗社復安，朝廷攸賴。近日因病，然經降旨慰問，該大學士力疾從公，忠靖之忱，老而彌篤。乃驟患咯血，遽爾不起，艱危之交，失此柱石重臣，曷勝愴慟！前已加恩云云。著再賞銀五千兩治喪，立功省分建立專祠；政功戰績，宣付史館。伊子李經述，著賞給四品京堂，承襲一等候爵；李經邁著以四品京堂用；李經方服闋後以道員遇缺簡放。伊孫李國傑，著以郎中即補；李國燕、李國煦著以員外郎分部行走；李國能、李國燾著賞給舉人，一體會試云云。」
初四、初五、初六均在開封逐日召見奕-，並於初五日頒上諭：「奉懿旨，奕-著加恩在紫禁城內乘坐二人肩輿。」初六日命奕-啟程返京繼續辦理議和以及準備兩宮回京事宜。
李鴻章的去世，使袁世凱成為北洋正統的領導人，成為當時最重要的人物，雖然光緒對袁的擢升很不開心，可是這是慈禧的主意，光緒如何可以反對呢。
袁世凱出任北洋大臣和直隸總督，雖由慈禧決定，有人卻說是李鴻章遺奏保薦，又有人說是軍機大臣榮祿向太后力薦。不管是誰的保薦，問題在於慈禧對袁有好感，信任他的忠實，欣賞他的才幹，使袁以一個普通的道員，在五六年時間便爬到督撫地位，更特別的是直隸總督簡直等於督撫團領袖，擔負拱衛中樞的重大責任。
相傳李鴻章臨死前有遺折奏保袁為繼任人，但在《文忠集》內卻無此奏稿。同時袁的任命是在兩宮迴鑾途中得李去世電的第二天即降旨，所以李縱使有遺折薦袁自代，可是袁的大命卻是直接出於慈禧的聖眷。
袁因有李的遺疏薦賢的傳說，愈發見重於世，據說代李擬稿的是於式枚（號晦若）。薦袁是用「附片」，附片也是清朝一種官書，遇有機密，謄之附片上達，可以留中不發。附片中有句：「環顧宇內人才，無出袁世凱右者。」袁後來有致於式枚一函，答謝於代李草疏薦己，函云：
「……節相騎箕，天下共慟！弟識陋望淺，何敢作此替人？乃承示以疏稿，竟過許：『環顧宇內人才，無出世凱右者！』此雖出節相之口授，實亦由足下之成，弟當詔示子孫，永銘大德。茲隨函奉上古董八件（另附一單于函末），戔戔聊表謝忱。……」
這一年袁世凱43歲，與當時的有名望的大臣和督撫比，實在太年輕了；因為他的三位前任，榮祿已快70歲，李鴻章79歲，王文韶68歲，袁世凱的年齡足夠做這三位前任總督的兒子。
袁奉命署理直隸總督後，由於喪服在身，所以堅辭朝命，慈禧不許，於是他先把左右的人事作了一番部署，副將張勳、守備孟恩遠、都司曹錕、吳鳳嶺等都蒙奏薦嘉獎，又特疏保薦唐紹儀。唐自朝鮮起便一直追隨老袁，袁在山東巡撫任內曾創設商務總局，唐紹儀便以道員總攬局務，擬定各項規則，辦理頗有成效，可算是袁的左右手。
光緒廿七年（1901年）十月初十日，袁世凱一切安排都已就緒，乃把山東巡撫篆務交給護理巡撫布政使胡廷-，然後於十一日自山東起程北上，唐紹儀隨行。十月十六日抵河北高陽，直隸護理總督周馥派人捧直隸總督大印來迎。十七日袁接收印綬，即日履任視事。
袁接任後的第一道人事命令，是派唐紹儀為津海關道。唐深通洋務，在朝鮮時也是主辦關務。還有一個巧合，護理總督周馥在十五六年前也是任津海關道，那時袁在朝鮮，便和周訂交，甚為莫逆。周馥一直在直隸省任職，後來做直隸臬司，最後是直隸按察使。他是按步就班地往上爬，而他的老朋友卻出將入督，不過幾年時光已變成著名的督撫，並且回到直隸做他的頂頭上司了。
當袁奉派為直隸總督兼北洋大臣後，兩宮在開封行宮於九月廿八日再頒上諭：「奉懿旨，以迴鑾在即，頒賞有功人員，李鴻章再賜祭一壇，伊子李經邁以三四品京堂候補；慶親王奕-賞食親王雙俸；大學士榮祿賞戴雙眼花翎，並加太子太保銜；王文韶賞戴雙眼花翎；兩江總督劉坤一，加太子太保銜；湖廣總督張之洞，直隸總督袁世凱，均加太子少保銜；余如聯芳、那桐、張翼、周馥等，均升賞有差」。其後三天又頒上諭：「盛宣懷、赫德均賞加太子少保銜」。
袁在直隸任內第一件參奏，是請兩宮懲辦此次肇變禍首，將董福祥明正典刑。袁對董的恩怨，一方面由於董在武衛軍時代以助義和團而恣意胡為，同時因董在不久前曾向榮祿威脅，袁這一奏疏使榮祿最為滿意。