蔡元培曾获孙中山委任为教育总长，颁行普通教育暂行办法及课程标准，中国自此确立近代式的教育体制。蔡元培由晚清的翰林院编修变成民初的首任教育总长，究竟走过了怎样的道路？

蔡元培在1907年随驻德公使孙宝琦赴德国柏林留学，逗留大约一年，除学习德语外，一面履行承诺为商务印书馆编书。次年，蔡元培曾到巴黎一游，然后入莱比锡大学听讲，包括哲学、文学、文明史、人类学，前后达三年之久。其间，还特别注重实验心理学，并开始研究美学。他在给好友吴稚晖的一封信中说：“勉赴学问一层，……拾取零星知识，……而顾东失西，都无着落，惟终日手忙脚乱，常若债负，……所幸半佣半丐之生涯，尚可勉强过去。”

1909年蔡元培译德国哲学家包尔生著《伦理学原理》出版。次年，他编撰的《中国伦理学史》也出版了，这是国人研究中国伦理学史的第一本著作，有日译本，时至今日，该书在学术上仍有一定的参考价值。

1911年10月，武昌首义，在一个月左右，各省纷纷响应，宣告独立，史称“辛亥革命”。蔡元培见德国报纸上载有革命党人光复武昌的消息，“为之喜而不寐”，忽闻清廷起用袁世凯为湖广总督，乐观态度顿时受挫。在给吴稚晖的复信中，谓“袁世凯者，必不至复为曾国藩，然未必肯为华盛顿，故彼之出山，意在破坏革命军，而即借此以自帝。”

蔡元培预科的可能性之一，是“袁军竟胜革命党而提军北行，逐满自帝”，并谓“此必不免于第二次之革命”。他把民国成立后几年的历史演变，看得了如指掌，可见他有过人识见。而大抵上蔡元培仍是持乐观态度的，在革命初起、成败未定的时候，他已打算回国了，于是取道西伯利亚东归，12月初抵达上海，当时孙中山尚未返国。

1912年1月1日，孙中山在南京就职中华民国临时大总统，着手组织内阁，3日投票通过以蔡元培为教育总长。教育部于1月19日成立，颁行普通教育暂行办法及课程标准。中国自此确立近代式的教育体制，当时蔡元培四十六岁，正值有为之年。他在2月间发表《对于新教育之意见》，作为今后推行教育的蓝本，文中分教育为两类：一类是隶属于政治，另一类是超轶政治。前者以教育为达成政治目的之工具，包含“军国民教育”、“实利主义教育”、“公民道德教育”，后者以教育为完成最高理想而不受现实政治的拘束，包含“世界观教育”和“美感教育”。蔡元培认为这些都是不可偏废的。

当时教育部提出的教育宗旨，是“注重道德教育，以实利教育、军国民教育辅之，更以美感教育，完成其道德。”近代中国教育界倡导德、智、体、群、美五育并重的理念，就是基于上述理论而形成。蔡元培非常重视美感教育，写有不少提倡美育的文章，世界观教育则是他对于教育最高宗旨所悬的观念，与大同世界的教育理想相近。

1912年2月18日，蔡元培受孙中山委派，担任专使北上，迎袁世凯至南京就大总统职，但袁不愿离开北京。3月10日，袁世凯在北京就任临时大总统，蔡元培代表孙中山致祝词。13日，发表《告全国文》后，离开北京，返回南京。

3月29日，唐绍仪组阁，蔡元培任教育总长。4月他从上海赴北京，到教育部视事。其间，于5月15日参加北京大学开学典礼并发表演说，强调“大学为研究高尚学问之地”。但到了7月14日，蔡元培因不满袁世凯专权，辞去教育总长之职，与同盟会其他三总长一起退出内阁，离京南下。

1912年9月，蔡元培偕夫人黄世振、女儿威廉、儿子柏龄赴德国，是年冬天仍进莱比锡大学听课，并在文明史与世界史研究所进行研究。次年6月，因宋教仁被刺，蔡元培应孙中山之邀，一度返回上海，并在“二次革命”期间，连续在《民立报》上发表文章，斥责袁世凯独裁，鼓吹讨袁。“二次革命”失败后，他则偕眷乘轮船离开上海，再赴欧洲。10月抵达法国马赛，到巴黎附近的科隆布镇居住，学习法语并从事著译，同时参与留法勤工俭学运动，直至1916年回国出任北京大学校长之职。