光绪二十七年七月二十五日（9月7日），以李鸿章与奕劻为首清政府与列强正式签订《辛丑条约》，为此全体中国人将赔偿西方列强4.5亿两白银，意思是一个中国人一两。条约签订之后，李鸿章给在西安的西安发电报：
“臣等伏查近数十年内，每有一次构衅，必多一次吃亏。上年事变之来尤为仓猝，创深痛钜，薄海惊心。今议和已成，大局少定，仍望朝廷坚持定见，外修和十九好，内图富强，或可渐有转机，譬诸多病之人，善自医调，犹恐或伤元气，若再好勇斗狠，必有性命之忧矣”。
签订条约不久，在同月11月7日，李鸿章在北京病逝，享年七十九岁 ，正在回銮途中慈禧的收到了李鸿章去世的电报之后，立即颁布布了懿旨，命42岁的袁世凯为直隶总督兼北洋大臣。为了保住自己的权势，也为了讨好列强，她需要一个既有外交手腕又有军事实力的人就任直隶总督。
这里也必须指出的是，李鸿章虽然位高权重，有宰相之说，但他一辈子没进军机处，他的最高职务也就是直隶总督兼北洋大臣，为地方疆臣之首，当是满清封疆大吏当中，两江总督最肥，直隶总督最重。
而慈禧之所以提拔当时的山东巡抚袁世凯为直隶总督，除了袁世凯年富力强之外，再就是袁世凯深受西方列强的赏识，因为最初在义和团暴乱的时候，袁世凯是唯一禁止在山东闹义和团的，而且严禁义和团攻击西方外交机构和侨民，因此在此情形下，八国联军入侵北京的时候，唯独没有进入山东境内。所以，慈禧重要袁世凯也有向西方国家示好的意思。
当时还有一个重要的原因是，袁世凯在山东拥有一支近两万人的现代化军队，靠近京畿、装备精良、建制完整。完全可以保证北京与天津的安全。
袁世凯在直隶总督任上六年，可谓是兢兢业业，尽职尽责。期间建立起中国第一支警察部队，第一家自来水公司，第一家煤气公司，第一家电灯公司，可以说当时满清所有接受西方想新鲜事务都是袁世凯顶着种种压力带头倡办，不得不说是，袁世凯的能力不亚于昔日的李中堂。
当时鉴于八旗，绿营，湘军，淮军都已经是破败不堪，难以维护国家安全，慈禧有意训练“现代化”的西方军队，在光绪二十九年三月，练兵处在北京正式成立。慈禧命皇族奕劻为总理练兵事务大臣，袁世凯为练兵会办大臣，满人铁良为练兵襄办大臣。可是，奕劻太老，昏庸无能；铁良年轻，缺乏经验；练兵处的大权自然归于袁世凯。袁世凯是以练兵起家的。小站练兵时，他网罗了一大批人才进入自己的幕府，这里面既有他的旧友和昔日幕僚，也有天津武备学堂的毕业生和淮军老将，还有留学生和外国教习。
慈禧最初挑选八旗精兵三千人交袁世凯训练，称京旗常备兵。这支军队就是满清陆军第一镇（师）。袁世凯自己也在直隶精选壮丁6000人，集中在保定进行训练，将其扩编成北洋常备军左镇，后改称满清陆军第二镇。
光绪三十年，日俄在东北爆发军事，袁世凯再次上书要求扩军训练，他一日俄之战难免，大清龙兴之地需要提早谋划，而京畿辅为根本重地，为此，至少要增兵一万，还得购买军械。慈禧对此表示同意，于是袁世凯派人到河南、山东、安徽等地招募新兵，这就是陆军第三镇成型。同时，还补充了北洋常备军右镇，后改为陆军第四镇。而陆军第五镇，改编自袁世凯任山东巡抚时的“私家兵”。陆军第六镇虽成立最晚，但却是袁世凯最早编练的军队——新建陆军。
到光绪三十一年，北洋六镇正式成军，这是一支具有八九万官兵、装备齐全、训练完善，完全按照德国标准化的武装力量。虽然名义这是一支带有集权色彩的中央禁军。但实际上已经成为袁世凯个人私军，这实际上就是北洋军的雏形。而袁世凯最后之所以能够逼迫清廷退位，很大程度在就在于他能够控制这么庞大的军队。
编练新军时，袁世凯他有意将幕僚亲信安插各个机构。 比如让那徐世昌为总提调，段祺瑞、冯国璋为军令司正副使，刘永庆、陆嘉谷为军政司正副使，王士珍、陆建章为军学司正副使。除了陆嘉谷是袁世凯任山东巡抚时提拔的外，其余都是他的练兵骨干。徐世昌是袁的结拜之交，学识出众，谨慎机变。刘永庆是袁的同乡、同学、得力助手。段祺瑞、冯国璋、王士珍人称“北洋三杰”，再加上陆建章，都是天津武备学堂毕业，理论知识丰富，知道如何训练一支近代军队。
袁世凯提出设立督练公所。就是一个省训练一个镇的新军，但由练兵处指定督练大臣，本意是收拢地方练兵大权。但地方督抚在练兵一事上进展缓慢。有的人压根不想练，因为怕中央介入；有的人想练，却苦于财政匮乏。再就是地方当时已经不大听中央的的，大有自行其是的意思，到了清朝覆亡之时，计划编练的36镇新军仅成14镇，而袁世凯控制的军队就占新军总兵数的一半还多。可以说练兵的成绩越大，袁世凯的权势就越高。北洋六镇的重要将领都是由袁世凯亲自选定，当时除了陆军第一镇是旗兵之外，其余都可以算作袁的嫡系部队。
当时北洋军一镇一年需要花费“正饷银一百万两，杂支额款二十万两，建造营房银二十一万两，马价四万两，军装器具十五万两，军械子弹约需一百万两”。即每镇年需经费160万两，含军械子弹则为260万两。袁世凯在向慈禧上奏奏报中表示“陆军镇岁需饷一百五十余万两”。
如此巨款，仅凭直隶一省的财政根本负担不了。而朝廷根据辛丑条约赔款的方案，直隶一年要承担80万两的赔款，地方财政已经崩溃了，但当时李鸿章生前筹集了1308万白银准备用于慈禧回京的费用，结果被袁世凯私下截留了大部分，除了用于赔款之外，大都用于训练新军。再就是由大清首富盛宣怀控制的轮船招商局和电报局，相当于两棵摇钱树，基本上被袁世凯掌握。在光绪三十一年，北洋六镇共需饷银8995200两，户部拨款540万两，各省协拨款3595200两，可以说是倾全国之力，练一省之兵，造就了强大的北洋军。
因此为了保证兵员素质，北洋军募兵非常严苛，大体有这么几点要求：年龄在二十到二十五岁之间，身高在四尺八寸以上（南方人可酌情减二寸），能举百斤重物，一小时能跑二十里地以上，来历清楚，残疾、吸烟、作奸犯科者不收。
就俸禄而言，要与文官一样，而军官的地位不能比文官、工人差。当时新军的一个管带（营长）的年收入为1200两，每月另有公费140两，与文官一个道员（正四品）是一样的，就算是最普通的士兵也有一个“从九品”的头衔。镇统（师长）的年收入为4800两，和一个布政使的年收入（5200两）差不多。
一个士兵的月饷为4两5钱，收入大约在社会中等水平，同时，家里减租，亲属有诉讼也可得到政府的保护。而且，士兵有服役期限，常备三年，续备三年，后备四年，生活有盼头。这样，军队不至于暮气沉沉，又拥有一支庞大的后备力量。
在新军基本成型之后，慈禧宣布成立陆军部，以铁良为尚书，两位侍郎也都是满人。袁世凯颇有政治头脑，立即看出形势不妙，便辞去了会办练兵事务大臣等八项兼差，并交出北洋军的统辖权。仅为直隶总督。
但职务可以继任，可军权不可能，养军队不是养孩子，养孩子最多养一窝，而军队以万为单位，袁世凯虽然看上去辞去军权，但却实际控制北洋新军，而这支被满清寄予厚望的新军最后成为满清的掘墓人。
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