爱国女学
爱国学社成立之前，蔡元培和蒋观云等人即开始筹备爱国女学。1902年12月，由中国教育会创立的爱国女校也正式开学，蒋观云为校长。爱国女学的发展宗旨为：“教育女子，增进其普通知识，激发其权利义务观念。”蒋观云担任校长不久之后便东渡日本游历，蔡元培便继任了校长职位。爱国女学创办之初，学生人数很少，后来爱国学社家中妇女纷纷加入爱国女学读书，人数才逐渐增加。
爱国学社除了提供教育，还具有很强的革命性。爱国学社成立之初，急需资金，蔡元培、章炳麟等人便轮流每日为《苏报》撰文一篇，宣传革命，《苏报》每月向爱国学社支付一百银元作为报酬，蔡元培称《苏报》成了爱国学社的机关报。此外，爱国学社的教员吴稚晖经常在张园开展演说会，鼓吹罢学，倡导革命，凡有爆发学潮之处必进行强力支持。爱国学社还组织学生进行军事训练，蔡元培最开始转向革命时，认为“革命只有两种前途，一是暴动，一是暗杀”。他让学生研究毒药和炸药，欲秘密成立学生暗杀团，可惜研究实验都没能成功。
爱国学社的革命性很快引起了清政府的注意，朝廷下达密令，将要逮捕爱国学社及中国教育会相关革命成员。虽然蔡元培当时已经退出了爱国学社，但仍在逮捕名单之列。在亲友的劝说之下，蔡元培先赴青岛学习德语，作德国留学之打算。在青岛学习了一段时间德语，蔡元培并没有马上出国，而是留在国内继续投身革命。1904年，光复会成立，蔡元培任会长。1905年，蔡元培又加入同盟会，任上海支部部长，许多光复会成员也都加入了同盟会。后蔡元培从友人处得知，清政府要从翰林院编检人员中选派国外留学生，可以选择留学日本或欧洲，蔡元培于是前往北京登记报名。
留学德国研究教育
1907年，蔡元培在北京等候派遣留学，因选择留学欧洲的人数较少，而政府的经费又不足，蔡元培赴德国留学便迟迟未能成行。恰逢当时顺天府尹孙宝琦出任德国公使，蔡元培托其弟替转达自己愿意在使馆中出任一职，以便留学。孙宝琦答应蔡元培的请求，不必任职，每月给他白银30两作为津贴。蔡元培又联系商务印书馆，为其翻译德语书，酬劳以供家用。蔡元培到德国之后，先在柏林学习了一年德语。1908年，蔡元培进入莱比锡大学读书，学习哲学。
1911年末，蔡元培从德国返回国内。当时孙中山被选为临时大总统，要蔡元培出任教育总长，蔡元培推辞未果。1912年，中华民国临时政府成立，46岁的蔡元培就任教育总长，发表了《对于教育方针之意见》：据清季学部忠君、尊孔、尚公、尚武、尚实的五项宗旨而加以修正，改为军国民教育、实利主义、公民道德、世界观、美育五项。前三项与尚武、尚实、尚公相等， 而第四、第五两项却完全不同，以忠君与共和政体不合，尊孔与信仰自由相违，所以删去。至提出世界观教育，就是哲学的课程，意在兼采周秦诸子、印度哲学及欧 洲哲学以打破二千年来墨守孔学的旧习。提出美育，因为美感是普遍性，可以破人我彼此的偏见；美感是超越性，可以破生死利害的顾忌，在教育上应特别注重。对于公民道德的纲领，揭法国革命时代所标举的自由、平等、友爱三项，用古义证明说：“自由者，‘富贵不能淫，贫贱不能移，威武不能屈’是也；古者盖谓之义。平等者，‘己所不欲，勿施于人’是也；古者盖谓之耍友爱者，‘己欲立而立人，己欲达而达人’是也；古者盖谓之仁。”
