1900年，義和團運動在京津等地區達到高潮，清政府對列強宣戰，英、美、法、俄等八國組成的聯軍很快擊潰了清政府的抵抗，1900年是中國農曆庚子年，這場動盪也就被稱作「庚子國變」。1901年，清政府與列強簽訂喪權辱國的《辛丑條約》，條約中規定清政府應支付的巨額賠款被稱作「庚子賠款」（Boxer Indemnity）。美國政府率先退還部分庚子賠款，作為資助留美學生之用。庚款留學是近代中外關係史上的重大事件，它令中西文化交流上升到一個新層次。庚款留美與此前的留美幼童不同，庚款留學生很早就接受了較為系統的西式教育，其西學基礎更加牢固。留學生抵達美國後，大多進入大學，接受高等教育。庚款留學生回國後，運用所學知識，在一定程度上改變了中國的面貌，教育、科技、商業、醫療等領域尤其有較大發展，社會風氣也發生了巨大改變。

美國國會通過歸還庚款的議案後，清政府積極採取措施組織學生赴美留學。從1909年到1911年，遊美學務處共組織三次考試，共選出180名學生赴美留學，這三批學生出國前通過了學務處的甄別考試，考試通過後直接派遣赴美，所以被稱為「甄別生」。派遣甄別生是幼童赴美之後又一次大型的官派留美教育活動。這些甄別生大多從小在新式學堂學習，其籍貫主要為江蘇、浙江、廣東等南方省份，具備較佳的英文水準，代表人物主要有梅貽琦、胡適、趙元任、竺可楨等。

甄別生赴美後，多進入美國重點大學的工程技術專業學習，1909年的47名留學生中，學理工農醫者達39人。這既是受美國國內實用主義影響，也是中國國內科學實業救國思想的表現。甄別生歸國後主要從事教育、科學技術、經濟等事業，在民國初年嶄露頭角，成為中美文化交流的積極典範。

庚款留學興起後，為了擴大留學生規模，進一步提高留美學生的西學知識，1911年，遊美學務處設立清華學堂作為留美預備學校，校址選在北京西郊清華園，辛亥革命後，改名為清華學校，曾作為第二批留美幼童之一的唐國安出任清華學校第一任校長，校務和教學得到整頓，培訓留美預備生的活動也逐漸展開。在1929年清華學校改名為國立清華大學，由清華學校選派的庚款留學生總人數已有千餘名，首屆畢業生中就有金岳霖、侯德榜、湯用彤、吳宓等人。與此前三批甄選生一樣，清華學校畢業的庚款留學生也大多學習理、工、商、農、醫等專業。他們歸國後積極運用在美所學知識，在各自領域貢獻自己的力量。