一旦投靠了光绪阵营，很可能理想没有实现，就先葬送了自己的性命。
在徐世昌的劝说下，袁世凯动摇了。当晚，袁世凯奉光绪密旨出宫时恰好撞见荣禄，向荣禄全盘托出事情，9月21日，光绪被软禁，持续了一百零三天的维新变法就此结束了，而袁世凯则得到了受慈禧重用的机会。
袁世凯得到重用，徐世昌的仕途就更加平坦了。不久，徐、袁二人因平定了山东的“匪乱”，促使清廷和德国议和，立下了不小的功绩，袁世凯授命直隶总督兼北洋大臣，徐世昌也因此得到了更多接近慈禧的机会。凭借出色的才华和众人的推举，1906年，徐世昌终于得到了大展拳脚的机会——被朝廷派往东北治理三省之乱。
东北地区作为满族的发源地和蓬勃地，历来受到清朝统治者的重视。顺治十年（1653年）以后，清政府为了抵御沙俄的入侵，维护“龙兴之地”的地位，设奉天、吉林、黑龙江三将军，以军、政一体的模式对东北地区实行封锁统治，这样一来，尽管在一定程度上使东北地区的资源得以保存，但却极大地限制了东北的发展。清朝初年，大量汉人从东北逃亡，耕地荒废，“败瓦颓垣，沃野千里，有土无人，全无可恃”。
19世纪末，来自沿海的列强入侵令清政府应接不暇，沙俄趁机侵略东北，与清廷先后签订了《天津条约》、《瑷珲条约》、《北京条约》三个不平等条约，使东北丢失了一百四十多万平方公里的领土。甲午战争之后，日本也趁火打劫，占领了辽东半岛等地，大量城镇成了边疆防御的城堡，人烟稀少，没有商业中心，只有“鸦片是历年进口的大宗货物”。
1906年9月，朝廷以查办“目的事件”为由派徐世昌前往东三省，实际上是命其对东北三省政治、经济、民生等各个方面进行考察。徐世昌一行在东北历时三个月、行程数千里，终于在当年12月初返京，向朝廷提交了一份数十万字的报告，针对东北现存问题提出了非常翔实的解决方案。第二年三月初八，徐即以东三省总督、钦差大臣的身份前往东三省。这一次，他终于从袁世凯的背后走出来，成了幕前的一把手。
基于对东三省的了解，徐世昌到任以后做的第一件事就是改革政治体制、大规模收权。他收回三省将军至高无上的统治权，在各省设行省公署，各设总督一人统管行政事务，而三省将军府的事务则全部收归三省总督之下，也就是说，政治体制改革之后，徐世昌基本上已经成为东三省之王，拥有统领东三省的最高权力。
实际上，在徐世昌前往东北之前，他和袁世凯已经感到北洋集团与清朝贵族之间的矛盾越来越尖锐，后来袁世凯被罢免回老家疗养，由于徐获得了东北三省统治权，为北洋势力的向北转移提供了良好的机会，才使得北洋势力未被消灭。
徐世昌对东三省的吏治进行了整顿。他在任期间，不拘一格聘用人才，促进了大量外地人才的涌入；整顿官场风气，严厉打击贪污腐败，上任几个月间查处数十件贪案，上百贪官被革职查办，一时间东北风气纯明，徐的雷厉风行也誉满天下。
徐世昌接手东三省时，东三省财政均处于赤字境地，几近破产。他上任后，整理财政，设立银行，鼓励实业，引进外资，不到一年就把东三省的财政烂摊子收拾妥当。在徐世昌的努力下，几年内，东三省官办银行在国内开设分号七十余家，商办银行开设十数家，促使中国成为最早加入世界银行组织的国家之一。
徐世昌在东三省的功绩是全方位的，他主张广开商埠，鼓励外贸互市，鼓励发展农业、实业，兴办近代教育，建立了沿用至今的巡警制度，并在主权问题上对日、韩、俄保持强硬态度，暂时性地保护了我国领土的完整。在东北，徐世昌的政治能力得到了全方位的锻炼，也正是有了这些基础，才使他日后成为中华民国大总统变得顺理成章。
