1897年11月14日德国军舰占领胶州湾，夺取青岛炮台。12月15日，俄国军舰驶入旅顺，不久也要求租借。英国要求租借威海卫和拓展香港租界址（新界），并把长江流域列入自己的势力范围。法国在1898年4月9日提出包括租借广州湾（湛江）在内的四项要求，把西南视为势力范围。日本的势力范围则是福建。列强步步进逼，促使“不愿为亡国之主”的年轻光绪皇帝孤注一掷。1898年1月，康有为第5次上书，要求“明定国是”，“国事付国会议行”。皇帝本想召见他，受到大臣阻挠，最终命总理各国事务衙门的大臣于1月24日（年初三）传见。这次传见所涉及的主要是如何改革的问题。1898年6月11日，光绪皇帝根据康有为等的多次建议，下诏定国是，把改革的基本方针宣示全国。这个诏书针对有人“以为旧章必应墨守，新法必当摒除”的错误，宣示基本国策，寻求统一认识，标志大规模的变法维新正式开始。
“国是已定，用人宜先”。定国是诏下达五天后，光绪皇帝召见了康有为。在详尽讨论各种问题后，拟重用康有为。因立即遭到守旧大臣的反对，皇帝只好下令：“康有为着在总理衙门章京上行走”。官虽不大，但给了康有为专折奏事特权。梁启超则当了个办理译书局的六品官。与此同时，谭嗣同、林旭、杨锐、刘光第等进入军机处任章京。军机处是执掌机要，参与军国大事的最重要机关。这四个军机章京在变法期间帮助皇帝处理奏章，草拟谕旨，实际是光绪皇帝的秘书，作用非同一般。1898年6至9月，维新变法进入高潮，这是一场激荡悲壮的百日维新。高潮的策划者是康有为。103天中，他以自己或他人的名义上了36个奏章，外加《日本变政考》、《波兰分灭记》两部书（早在3月已进呈《俄彼得变政记》）。光绪皇帝则下了111道有关新政的上谕。这些奏章、上谕，内容无所不包，恨不得立刻把中国变为现代化的富强国家。可是，实权在握的大臣们大都敷衍塞责，真正实现的没有几件。
科举的弊端早已暴露无遗。维新高潮到来前，已设立经济特科，选拔“学问淹通、洞达中外时务者”，并决定武科举不再比试弓马刀剑，改试枪炮。戊戌年间，取消科举的呼声愈来愈高。武科举同武备学堂结合逐渐成为朝野上下的共识。文科举则从考试内容着手，以讲求实学、实政为主，废除八股，不再考五言八韵诗，不再凭字写得好坏和是否合乎标准取士，各级考试一律改试策论。依照张之洞、陈宝箴的建议，乡试、会试三场考试的内容分别改为：历史、政治、时务、四书五经。维新变法力图缔造新的教育体系，取代与科举制相配的官学和书院体系。命各省会的书院改为高等学堂，郡城之书院改为中等学堂，州县之书院改为小学；奖励绅民和华侨兴学；义学、社学亦令中西兼习。同时下令制订游学章程，并命各省督抚在学堂中挑选有志深造的聪颖学生，派赴国外游学。讲求时务的官员和大学堂毕业生，亦选派出国游学。
1898年8月9日京师大学堂成立。美国人丁韪良任西学总教习。它担负多项重任，重点在培养维新急需的人才。除中学毕业生外，翰林院编修和各部司员、候补官员、大员子弟、八旗世职“其愿入学堂者，均准入学肄业”。为培训原有官员，另设达成馆（后来叫仕学馆）。学堂的最高领导者——管学大臣还负责管理全国教育。此事议论多时，最后总算办成，但正式开学则在政变后的12月17日。
作为文化学术落后的国家，输入西学是当务之急。译书、出版、办报倍受重视。梁启超在上海所设译书局改为官督商办，每月拨给二千两；鼓励各省设立译书局；要求努力翻译外洋书籍，首先把过去翻译较少的政治、法律、史传翻译过来。在准许民间办报的同时，亦在北京筹办报纸；将《时务报》改为官报，命康有为督办。同时下令各报要讲实话，不必忌讳，并命康有为将西方报律详细译出，参照中国情形，草拟报律，推动和保障报章讲实话。
直到这时，清军还处于冷兵器时代，军队腐败，兵源质素低。于是，皇帝下令要各将军、督抚切实裁兵练兵，全国军队改用洋枪，改练洋操。所需教习，由袁世凯的新建陆军选派，湖南则在湖北自强军中选派。新建陆军和自强军都是由德国军官训练出来。同时，整顿水师，筹拨经费，添设海军，筹造兵轮；筹办团练，加强保甲，以补军力不足。
为振兴商务，认真筹办农工商总局，各地试办商务局，设立矿务铁路总局。立商学、办商报、鼓励组织商会。颁布奖励条例，劝民办实业。实行专利制度，重奖发明创新。严禁胥吏扰民。命各省兼采中西各法，振兴农业；出产丝茶各省，筹设茶务学堂、蚕桑公院，提高品质，鼓励出口。增设铁路学堂、矿务学堂，培养人才。同时，立即筹款修筑芦汉、粤汉、沪宁等几条重要铁路，并广开口岸，以图商务流通。在京师和各通商口岸，广设邮政分局。
清帝国衙门腐败，光绪皇帝接受各方意见，从三方面着手改革：一是裁撤无用衙门和冗员；二是合并重覆的官署；三是删订办事的则例，务求简明扼要。与此同时，筹划设立制度局、懋勤殿作为策划新政的机关。清帝国等级森严，非高官不准给皇帝上奏章，平民百姓更不在话下。维新高潮中，光绪皇帝多次下令废除原有限制，官民一律可以上书言事。这样就在专制体制内打通一条下情上达的管道。
