办大学堂当然少不了大校舍。光绪帝亲派庆亲王奕谡和礼部尚书许应騤负责勘地和建造事务。因开学在即，先拨出地安门内沙滩后街马神庙也即当年乾隆皇帝四女儿和嘉公主旧府第为临时校舍，并略加扩充，这就是后来的北大二院。同时在北河沿购置房屋一幢，开办译学馆，此即后来的北大三院。光绪三十四年（1908年）京师大学堂分科大学又在北城外黄寺以南破土动工，并于宣统二年（1910年）建成。
京师大学堂第一任管学大臣孙家鼐（1827—1909），安徽寿县人，咸丰状元，曾任清廷工部、礼部、吏部尚书，并与翁同龢同为光绪帝的老师，接近帝党，倾向变法，但与守旧大臣也有联系，思想上与维新派有分歧，因而能左右逢源。
受命为管学大臣后，孙家鼐对总理衙门起草的大学堂章程不甚满意，于1989年8月9日另向光绪帝呈上《筹办大学堂大概情形折》，提出具体计划8条，主要内容有：一、设立仕学院，专招收进士、举人出身的京官；二、大学堂肄业生，由管学大臣“出具考语”，各就所长，由各部录用；三、精减课程门类，取消专门学中之兵学；四、编译局主要编译西学书籍，不得任意删改旧经；五、设总教习二人，分管中学和西学。
1901年8月，清政府颁布“兴学诏书”，鼓励兴办新式大、中、小学堂，废除八股，改试策论。1905年9月2日，清政府又发布上谕：“着即自丙午科为始，所有乡会试一律停止，各省岁科考试亦即停止。”至此，始于隋炀帝大业三年（公元607年），完备于唐，盛行于明清，前后运行达1300年之久的科举盛事，终于寿终正寝。
清王朝覆亡前后，又正是世纪之交。一些落后陈腐的东西恋恋不舍地渐次退出历史舞台，或者垂死挣扎着继续生存下去；一些新的生命也在顶着重重压抑破土萌芽，或在冷嘲热讽的剪斫下走向夭折。而无论新旧，在这特殊的年代里，都要无一例外地平等或不平等地承受上天对其生命力的考验。京师大学堂可谓是众多新生事物的幸存者。她既是旧世纪的弃婴，又是新世纪的骄子；她骨子里既深深地刻有旧时代的胎痕，又令人欣慰地注入了新时代的基因。新与旧的斗争注定她命途多舛，也注定她对中华民族的历史产生的影响绝对不同凡响。
1912年2月，南京临时政府任命严复为京师大学堂总监督，接管大学堂。由于袁大头把教育经费挪作他用，大学堂数月领不到经费，“几至不名一钱”。严复不得已想办法借债应付。当年5月1日，教育部下令京师大学堂改称北京大学，废除总监督，设校长，各科监督改称学长。5月3日，严复被任命为北京大学第一任校长兼文科学长。5月13日，北大正式重新开学。
1912年10月7日，严复请辞北大校长之职。严复掌校仅数月，因与教育部矛盾太深，即呈请去职。此后，北大校长走马灯般换了三人，先是章士钊，后又以马良代理。1912年11月底，马良因经费无着，拟向外国银行抵押校产借款引起学生风潮，被学生冠以“盗卖校产”的罪名，不得不请求辞职。章士钊也引咎辞职。12月27日何燏时被任命为北大校长。1913年11月5日，何燏时请辞，当即获准。1914年1月8日，北大工科学长胡仁源被正式任命为北大校长。
