李鸿章在北京沦陷后才到达天津，他这时的官衔是北洋大臣、直隶总督、武卫军统帅及议和大臣，这些官衔对于八国联军所占领的天津是发生不了作用的。他之所以受洋人尊重，完全由于他个人的国际声望。他于光绪廿六年（1900年）八月间抵达天津，几乎是和八国联军统帅瓦德西抵津的时间相同。可是他们两人正式见面则是九月廿四日在北京会面的。
瓦德西事后五天曾向德皇作一详细报告：“……余曾接见庆亲王及总督李鸿章。李氏首先到此，庆亲王刚迟廿分钟始来；两人共在余处计有一点钟之久。从谈话之中余遂觉得该两人均有急望和议开始之意。……李鸿章请命赐给彼之差官一种护照……余对于中国官厅，必须其诚心依照余命而行者，方能容忍。今日余曾往答拜两先生，在庆亲王处仅作一番无关重要之谈话，但彼要求从速开始和平会议之意却曾表示出来。余给李鸿章先生一图，其上余曾划有上述占领区域之范围。李氏颇嫌其宽广。余从李氏屡次提及进兵张家口一事之中，可以明白盾出此举颇使彼忧惧，且由此足以证明余之进兵该地可谓颇得其道。……”
光绪廿七年（1901年）李鸿章代表清廷接受了八国联军所提的议和条款，这就是著名的《辛丑条约》。其要点为：
（一）中国遣使赴德日两国道歉。
（二）惩办祸首大臣。
（三）禁止向中国输入军火两年，期满得再展延两年。
（四）赔款银四亿五千万两，分卅九年偿清，合利息共计银九亿八千二百余万两。
（五）北京划定使馆区域，区内由使馆团管理，各国并得派兵防守。
（六）毁大沽至北京间之炮台。天津、北京、山海关间之交通要地，允许各国驻兵。
（七）清廷允许张贴“严禁仇外”之上谕于各地。
（八）清廷对任何设立仇外之会党立刻正法。
这次屈辱的条约，是在联军枪杆下被迫签署的；列强本可瓜分中国，只是由于本身间的矛盾和利害冲突，所以中国在这时候才侥幸不被瓜分，而仅被迫签约，实在是不幸中的大幸。可是这个《辛丑条约》应该是中国有史以来对外签定条约中的最屈辱条约，由于这个条约，使中国京城的大门洞开，使以后几十年的民族自尊心受到极大的打击。
义和团烟消云散，可是义和团事件的影响，却极其深远：
（一）世界各国并不去检讨这次事件形成的原因，而严厉指责义和团行动粗暴，指责中国不是一个文明国家，指责中华民族是一个野蛮的民族。
（二）自鸦片战争开始，西洋武力开始侵略中国，但每次战争它们所击败的只是清朝政府，一般民众和守旧士大夫，在心理上并未屈服。义和团事件是清朝政府、中国卫道的士大夫、以及广大的农民汇合凝聚而成的力量，他们以符咒和拳棒去和西洋枪炮相对抗，结果彻底地失败了。经过这次惨败，清朝野都都不敢轻外仇外，民族自尊心完全丧失，人民在不知不觉中养成了媚外心理，这种心理影响了中国以后数十年。
（三）督抚权力增加，演变成后来军阀割据。因为拳变期间，李鸿章、刘坤一、袁世凯等人和列强约定，各省自保。保护外人生命财产和教堂，请列强勿进兵东南各省，这一举措在拳变之后受到清廷的承认和嘉勉，遂使各省督抚形成半独立局面。
（四）中国有志之士认清一点：就是腐化的清朝政权，非推翻不可，欲救中国，非革命不可。
（五）最明显的结果，是清朝政府中老的一代死的死，被淘汰的淘汰了，众望所归的唯一人物是袁世凯，他取代了李鸿章的地位，从而为未来的北洋军阀一系奠定基础。
袁世凯在义和团之变时，不仅成为有名望的督抚，堪与刘坤一、张之洞等齐名。且由于他在北方，各省督抚向北京的奏报都是由他转递，加上义和团肇始山东，自袁接任山东巡抚后，山东省境内太平，因此无论中外人士对袁都刮目相看了。
北京陷后，两宫出奔，在蒙尘途中曾电谕李鸿章，命他火速前往北京与洋人议和。袁亦密电李鸿章说：“海关总税务司赫德称，各国并无他意，深盼李相能说庆亲王共商议和事。”
如此一来，袁对国家大事，也取得了发言权了。
慈禧和光绪在赴西安途中，追随左右的全是守旧派大臣，由于这些顽固派的包围，所以谈和时，洋人也心存疑虑，因此袁和李鸿章便密商促成荣禄能尽速前往行在，俾慈禧左右能有一进言之大臣。荣禄在北京失陷时，对于守旧派垄断朝政，深感灰心，经李、袁的敦促，乃趋赴西安。而慈嬉对荣禄仍极信任，不久荣禄便成为极重要的军机大臣。自荣禄重被慈禧所宠信，袁的发言权便大为提高。在这期间，他和刘坤一、张之洞、盛宣怀等联成一气，而李鸿章在北京，荣禄在西京，因此他的意见可以四通八达，他的地位便日益重要了。
当和议达成，八国联军即将撤兵时，京畿重地必须有清兵驻守，以维治安，李鸿章急电请袁派姜桂题率兵先赴河南，以备接替。当时姜桂题正在保护青潍铁道工程，袁于是即拨防营前往递补，并饬姜桂题立即出发，待命前往接替八国联军。
光绪廿七年（1901年）四月廿九日袁世凯的亲生母亲刘氏病逝。原来刘氏和袁的嗣母牛氏都是住在河南项城原籍，牛氏去世后，袁乃迎养亲生母到住所，随袁宦游各地，主持家务。袁丁丧后遂电辞山东巡抚，可是他这时候是各方所瞩目的大臣，山东全身司道百官和地方绅士，都纷电西安行在和李鸿章处，请旨夺情。五月一日上谕给袁丧假一百天，袁有哀恳电云：“五月初一日恭奉谕旨，以世凯丁本生母忧，赏假百日，即在抚署穿孝，假满后改为署理，照常任事。捧读之余，感纫泣血，伏念时势阽危，至今已极。联军尚未尽撤，伏莽益复横行，臣母病中，时勖臣以损顶摩踵仰酬知遇，并以病躯支离，未得亲见回銮盛典为词。迨至弥留之际，口不能言，犹复举手西指，泪满衣襟，是臣上报君恩，似未可一意固辞，下承母训，尤不愿再三虚让。惟是窀穸未安，方寸已乱，设身膺墨，而手惓簿书，非但为千古之罪人，亦恐负一时之清议。傍徨午夜，屡绝粥饘，恳准百日内开缺离署，扶榇返里，俟葬亲事毕，遄返东省，当专任营务，稍尽翊卫巡防之任。倘冬春之交，时局大定，再恳许臣回籍终制，此则乌哺私情，以必得所求而后已也。”五月十一日慈禧温旨慰留，同时派员代表太后赐祭。
袁的生母刘氏和嗣母牛氏本是妯娌，她们都是旧社会妇女，受的全是旧礼教薰陶，两妯娌对于这个能干儿子都很宠爱。袁在山东巡抚任内虽为时只有一两年，但他已成全国瞩目人物，项城袁家的人很多都济南，而袁也大力整修项城的旧居。刘太夫人一直随袁在济南，刘氏物故后，袁一再恳辞山东巡抚以守制三年，这不过是旧中国的礼教习惯，其实袁这时不止是辞卸不得，而且好运还才开始呢！
袁在山东巡抚任内有一件新政，就是在省城济南设置大学堂。不过这所谓的大学堂，是小学、中学、大学的一贯制，共分四级，第一级称“蒙养学堂”，挑选幼童自七岁起至14岁止，为时八年，讲习经史，并授以简易天文、地舆、算术。毕业后升入第二级称“备斋”，讲求浅近政治、艺学，两年毕业。毕业后升入第三级“正斋”，研读四年，分科为中国经学、中外史学、中外政治学、方言学、商学、工学、矿学、农学、测绘学、医学共十门。毕业后升入“专斋”，以两年至四年为期。专斋课程俟正斋毕业后再订。每年经费预算6万两，聘美国人赫士为总教习。这就是最早的山东大学堂，后来虽然未照这计划进行，可是，袁总算是一个首创者。
中国士大夫阶级都有浓厚的重农轻商观念，袁则认识商业发达，可以富国裕民，所以他在山东农商并重，因此首创商务总局，以道员唐绍仪总司局务。又设筹款总局，整饬土药、烟酒各项杂税厘捐。并且派遣道员马廷亮往日本搜集日本银行铸造银圆的办法和章程，以及印刷钞票的办法等等。
事实上，这个时候的袁世凯，所有措施都算得上是新政，正因为他是新政，和守旧的顽固派对比，显得突出，政治是多么的现实，他当年以出卖维新派、打倒新政而鸿运当头，如今他却以行新政而赢取时誉。
袁曾得意地告诉幕僚们说：“此次拳乱，各督抚中如无我辈四人搘拄，国事尚可问乎？”袁所谓的四人是：李鸿章、刘坤一、张之洞和他自己，得意之情，溢于言表。
光绪廿七年（1901年）九月廿六日，西太后和光绪皇帝以及王公大臣正在回往北京途中，这天是由河南省巩县抵达汜水县驻跸，得到李鸿章自京电奏：“病势危笃，请速派大臣接替，以资镇摄。”这时奕劻已由北京前来迎驾，俾让两宫在还京以前详知谈和情形以及北京近况，李鸿章突然病重，所以电奏两宫，希望速让奕劻赶返北京，继续和议。慈禧和光绪阅电都非常担心，因为奕劻虽已出京，但尚未赶到。慈禧这天以极忧郁的颜色对随驾的吴永说：“大局未定，李相倘有不测，这如此重荷，更有何人可以分担？”
第二天，九月廿七日两宫自汜水赴荣阳，傍晚接到北京急电，李鸿章于午刻逝世，慈禧和光绪听见这个噩耗，饭都吃不下去，随驾大臣乃至宫监卫士都有梁倾栋折的感觉。慈禧和光绪立即召见荣禄等大臣，太后决定三个主要人事命令：
一、王文韶着署理全权大臣。
二、直隶总督兼北洋大臣着袁世凯署理；未到任以前，着周馥护理。
三、山东巡抚着漕运总督张人骏调补。
十月初二日两宫驻跸开封，河南全省文武均在城外迎驾，行宫陈设壮丽，俨然有内廷气象。奕劻由京师赶到，立即获得召见，询问京中情况至为详尽。第二天再召奕劻，奕劻把李鸿章的最后奉疏奉呈，两宫都为之流涕。
李鸿章的遗疏全文于后：
奏为臣病垂危，自知不起，口占遗疏，仰求圣鉴事。窃臣体气素健，向能耐劳，服官四十余年，未尝因病请假。前在马关受伤，流血过久，遂成眩晕。去夏冒暑北上，复患泄泻，元气大伤。入都后又以事机不顺，朝夕焦思，往往彻夜不眠，胃纳日减，触发旧疾时作时止。迭蒙圣慈垂询，特赏假期，慰谕周详，感激涕零。和约幸得竣事，俄约仍无定期，上贻宵旰之忧，是臣未终心事。每一念及，忧灼五中。本月十九夜，忽喀血碗余，数日之间，遂至沉笃，群医束手，知难久延。谨口占遗疏，烦臣子经述恭校写成，固封以俟。伏念臣受知最早，蒙恩最深，每念时局艰危，不敢自称衰病。惟冀稍延余息，重睹中兴。赍志以终，殁身难瞑。现值京师初复，銮辂未归，和议新成，东事尚棘，根本至计，处处可虞。窃念多难兴邦，殷忧启圣。伏读迭次谕旨，举行新政，力图自强。庆亲王等皆臣久经共事之人，此次复同更患难，定能一心效力，翼赞讦谟。臣在九泉，庶无遗憾。至臣子孙，皆受国厚恩，唯有勖其守身读书，勉图报效。属纩在即，瞻望无时，长辞圣明，无任依恋之至。谨叩谢天恩，乞皇太后、皇上圣鉴。谨奏。
同日发布一道上谕：“奉懿旨，略谓上年京师之变，该大学士忠诚坚忍，力任其难，宗社复安，朝廷攸赖。近日因病，然经降旨慰问，该大学士力疾从公，忠靖之忱，老而弥笃。乃骤患咯血，遽尔不起，艰危之交，失此柱石重臣，曷胜怆恸！前已加恩云云。着再赏银五千两治丧，立功省分建立专祠；政功战绩，宣付史馆。伊子李经述，着赏给四品京堂，承袭一等侯爵；李经迈着以四品京堂用；李经方服阕后以道员遇缺简放。伊孙李国杰，着以郎中即补；李国燕、李国煦着以员外郎分部行走；李国能、李国焘着赏给举人，一体会试云云。”
初四、初五、初六均在开封逐日召见奕劻，并于初五日颁上谕：“奉懿旨，奕劻着加恩在紫禁城内乘坐二人肩舆。”初六日命奕劻启程返京继续办理议和以及准备两宫回京事宜。
李鸿章的去世，使袁世凯成为北洋正统的领导人，成为当时最重要的人物，虽然光绪对袁的擢升很不开心，可是这是慈禧的主意，光绪如何可以反对呢。
袁世凯出任北洋大臣和直隶总督，虽由慈禧决定，有人却说是李鸿章遗奏保荐，又有人说是军机大臣荣禄向太后力荐。不管是谁的保荐，问题在于慈禧对袁有好感，信任他的忠实，欣赏他的才干，使袁以一个普通的道员，在五六年时间便爬到督抚地位，更特别的是直隶总督简直等于督抚团领袖，担负拱卫中枢的重大责任。
相传李鸿章临死前有遗折奏保袁为继任人，但在《文忠集》内却无此奏稿。同时袁的任命是在两宫回銮途中得李去世电的第二天即降旨，所以李纵使有遗折荐袁自代，可是袁的大命却是直接出于慈禧的圣眷。
袁因有李的遗疏荐贤的传说，愈发见重于世，据说代李拟稿的是于式枚（号晦若）。荐袁是用“附片”，附片也是清朝一种官书，遇有机密，誊之附片上达，可以留中不发。附片中有句：“环顾宇内人才，无出袁世凯右者。”袁后来有致于式枚一函，答谢于代李草疏荐己，函云：
“……节相骑箕，天下共恸！弟识陋望浅，何敢作此替人？乃承示以疏稿，竟过许：‘环顾宇内人才，无出世凯右者！’此虽出节相之口授，实亦由足下之成，弟当诏示子孙，永铭大德。兹随函奉上古董八件（另附一单于函末），戋戋聊表谢忱。……”
这一年袁世凯43岁，与当时的有名望的大臣和督抚比，实在太年轻了；因为他的三位前任，荣禄已快70岁，李鸿章79岁，王文韶68岁，袁世凯的年龄足够做这三位前任总督的儿子。
袁奉命署理直隶总督后，由于丧服在身，所以坚辞朝命，慈禧不许，于是他先把左右的人事作了一番部署，副将张勋、守备孟恩远、都司曹锟、吴凤岭等都蒙奏荐嘉奖，又特疏保荐唐绍仪。唐自朝鲜起便一直追随老袁，袁在山东巡抚任内曾创设商务总局，唐绍仪便以道员总揽局务，拟定各项规则，办理颇有成效，可算是袁的左右手。
光绪廿七年（1901年）十月初十日，袁世凯一切安排都已就绪，乃把山东巡抚篆务交给护理巡抚布政使胡廷幹，然后于十一日自山东起程北上，唐绍仪随行。十月十六日抵河北高阳，直隶护理总督周馥派人捧直隶总督大印来迎。十七日袁接收印绶，即日履任视事。
袁接任后的第一道人事命令，是派唐绍仪为津海关道。唐深通洋务，在朝鲜时也是主办关务。还有一个巧合，护理总督周馥在十五六年前也是任津海关道，那时袁在朝鲜，便和周订交，甚为莫逆。周馥一直在直隶省任职，后来做直隶臬司，最后是直隶按察使。他是按步就班地往上爬，而他的老朋友却出将入督，不过几年时光已变成著名的督抚，并且回到直隶做他的顶头上司了。
当袁奉派为直隶总督兼北洋大臣后，两宫在开封行宫于九月廿八日再颁上谕：“奉懿旨，以回銮在即，颁赏有功人员，李鸿章再赐祭一坛，伊子李经迈以三四品京堂候补；庆亲王奕劻赏食亲王双俸；大学士荣禄赏戴双眼花翎，并加太子太保衔；王文韶赏戴双眼花翎；两江总督刘坤一，加太子太保衔；湖广总督张之洞，直隶总督袁世凯，均加太子少保衔；余如联芳、那桐、张翼、周馥等，均升赏有差”。其后三天又颁上谕：“盛宣怀、赫德均赏加太子少保衔”。
袁在直隶任内第一件参奏，是请两宫惩办此次肇变祸首，将董福祥明正典刑。袁对董的恩怨，一方面由于董在武卫军时代以助义和团而恣意胡为，同时因董在不久前曾向荣禄威胁，袁这一奏疏使荣禄最为满意。