在袁世凯上任山东巡抚之前，他的两位前任李秉衡、毓贤都主张对义和团“宜抚不宜剿”。这种做法无异于纵容，客观上促使山东义和团闹腾得更加热火。袁世凯对此不以为然。他在致徐世昌的信中说道：山东巡抚甚无用，把局势弄得一团糟！不久，他又上书朝廷，提出了整治山东时局的几条意见，实际上是袁世凯的自荐书，字里行间透露的信息是，只有他出任山东巡抚最为合适。
光绪二十五年（1899）十一月四日，朝廷传令毓贤进京陛见，由袁世凯署理山东巡抚。这一年袁世凯41 岁，正当壮年。
对山东这块土地，他既熟悉又充满了浓厚的感情，从某种意义上讲，山东简直就是他的第二故乡。少年时跟随嗣父袁保庆到了济南，第一次见到老家项城以外的大世界，对他心灵的影响甚大。青年时投军吴长庆营中，从山东到朝鲜，迈出了他人生的重要一步。
袁世凯认为义和团是些装神弄鬼的把戏，是小儿科。一个国家的兴盛强大，岂是靠装扮玉皇大帝、孙悟空，烧几张草纸，喷几口神火糊弄来的？他在心里拿定主意，上任后要好好整治一番。可是此时慈禧太后正在气头上，把对维新派的刻骨仇恨迁怒到了光绪身上，准备将光绪废掉，就另外立了个大阿哥。外国公使好像串通了似的，不仅拒绝入宫祝贺，还试图进行干涉，这让慈禧很没面子。有人给她出主意：山东最近出了个义和团，打出的旗号是“扶清灭洋”，据说道行高深的大师兄能够上天入地，刀枪不入，不妨利用义和团去打那些洋鬼子。慈禧依计行事，接二连三传下谕旨，对义和团驱逐西教、焚烧教堂、杀戮洋人的举动大肆鼓励。
袁世凯接到诏令，心中很是犹豫。从情绪上讲他是抵制的，道理如上所述。但是毕竟刚刚经历过“戊戌政变”那场风波，朝廷对他是否真正信任，还是个未知数，这种时候不能拿自己的政治前途去冒险。经过一番周密地考虑，袁世凯决定将朝廷的诏令原文下发，并且附了个通知，要求全省各州、县遵旨办理。
有个候补道员叫徐抚辰，字绍五，湖北江夏人，此时正在袁世凯的幕府中担任洋务文案，听说了这个消息，马上来找袁世凯，力谏不可。袁是政治老手，柔声细语地对徐安抚了几句，并没有收回通知的意思，以为事情就这么过去了。哪知徐抚辰是个办事认真的人，见袁幕主是在应付他，当场也没多说，归家后便收拾行囊，留下一封信，不辞而别。袁世凯灯下展读徐抚辰留下的信件，言辞恳切，句句中的，不觉为之汗颜。信中剖析义和团之荒谬：人人都说，外国有你的洋枪炮，中国有我的红灯照，口念咒语，不用枪炮，大刀一挥，洋人就倒……这种神魂颠倒的诳语有何道理？朝廷因戊戌政变，外国人保护康、梁，反对立大阿哥，触怒了太后，遂有依赖义和团对抗洋人的招数。如果洋人一旦打赢了这场战争，那时候太后也许才会清醒过来，你得为自己留一条后路啊！如果随波逐流，不仅一生功名毁灭，恐怕还会殃及身家性命。袁世凯看完书信，立即下令八百里加急，火速追回已经下发各州县的通知，同时派人拦住正在途中的徐抚辰，将他重新请回了袁氏幕府。
袁世凯是擅长演戏的高手，常常能把一场平庸的戏演得活灵活现，精彩纷呈。即便在场观众笑得人仰马翻，他却能稳坐钓鱼台，丝毫不动声色，逼真的效果让人叹服，而“戏”中弥漫的血腥味道，又让人不寒而栗。
有个提督名叫程文柄，是义和团的忠实支持者。大概是想把上司袁世凯也拉进支持者的圈子，主动推荐了一个大师兄，声称降神附体，刀枪不入。那天把一身仙风道骨的大师兄请到校场，程文柄提起手枪，照准他胸前“砰”的一声，大师兄不躲不闪，毫发无损，在场的一百多名兵丁响起了一片叫好声。袁世凯颔首微笑，示意试验继续，于是程文柄布置好的一伙人纷纷开枪射击，大师兄安然无恙。
袁世凯对大师兄待如贵宾，口称要禀报朝廷，对其给予恩赏，当场决定，过些日子请大师兄多带几个兄弟来，再表演一次。
再次表演，袁世凯事先吩咐手下人，让大师兄和那帮兄弟立下“生死状”，并请同乡画押作保。
表演开始了。程文柄和十几个士兵轰然开枪后，对面站立的一排“神魂附体”的义和团成员纹丝不动，脸上甚至还挂着傲慢的笑容。袁世凯走下观摩台，似有奖赏，忽然掏出一支德国手枪，转身朝大师兄射击，手起枪响，大师兄身体摇摇晃晃倒了下去。枪声是个信号，刚才布置好的士兵枪弹齐发，刚才还在微笑的一排义和团成员齐刷刷栽倒在地，血肉翻飞。校场上的血腥表演结束了，袁世凯脸上露出讶异神色，唤来身边的人，去瞧瞧法师们耍什么花招。验尸者报告，十几个法师玩完了。袁世凯似乎还不相信：“这是大师在使诈呢！他们刀枪不入，不会有事的。”说完，朝程文柄看了几眼，程文柄羞惭难当，恨不得地上有条缝钻进去。
袁世凯认定义和团为旁门左道，是打着仇视洋教的旗号纠众劫财的强盗土匪，应该赶尽杀绝。恰好载漪、刚毅等主战派主张对义和团“抚而用之”，怂恿太后宣布义和团为“义民”，义和团遂大批涌向北京，很快达到了数万人。而山东这边没有了义和团的骚扰，加上袁世凯下令地方官对洋人和教民实行保护政策，反而呈现出平静祥和的局面。
袁世凯在山东推行新政，就是在这种背景下进行的。
时至今日，山东人说到袁世凯时期修建的那条铁路，依然意兴盎然。
光绪二十六年（1900）三月二十三日，刚刚上任山东巡抚不到一个月的袁世凯，就与德国铁路公司总办海因里希·锡乐巴订立了一份正式的铁路章程，表面看起来轻松，其中却蕴含了诸多艰辛。事实上胶济铁路已经动工一年多了，由于义和团的仇洋运动，德国公司在勘测路基、拆屋迁坟中遇到了不少麻烦，发生了多起流血事件，被迫停
工数月。德国胶澳总督托尔帕尔委派锡乐巴到济南谈判，如果不是遇到袁世凯，此事还将无限期地拖延。在双方谈判艰难之时，袁世凯想起了一个人—清政府驻柏林大使荫昌。这个前天津武备学堂的总办，曾经在关键的时刻帮过袁世凯一个忙，推荐王士珍、段祺瑞、冯国璋进入新建陆军，后成为著名的“北洋三杰”。袁世凯恳请荫昌回国帮他解决这个棘手问题。熟知洋务并熟悉德国法律的荫昌果然不负“袁”望，帮助他完成了谈判铁路章程的大部分细节，促使中德之间建立了“双方均感满意的交往关系”。
中国修建铁路曾经走过了一段步履艰难的路程。第一条铁路位于北京宣武门外，全长仅1公里，是英国商人杜兰德修建的，建成通车后，“观者骇怪”。有御史上书认为冲撞了满清龙脉，是不祥之怪物，被太后下令拆除。
一方面政府对修建铁路这类“洋务”不感兴趣，另一方面老百姓仇视老外，认为修建铁路是想抽他们的血，以致流血事件接连不断。面对来自这两方面的夹击，袁世凯没有退缩，他渴望通过变革改变山东乃至整个中国的命运，他要让国人明白一个道理：德国人的铁路，也会变成中国人的财富。
光绪三十年（1904）六月，古城济南迎来了它历史上的第一列火车。看见庞大的钢铁怪物猝然来到面前的时候，老百姓有的兴奋，有的漠然。他们也许还不会意识到，就是这列运载洋火洋油以及山货土产的火车，将成为山东现代化的一个开端。
此时袁世凯已升任直隶总督，但他仍然对山东投以特殊的关注目光。他与接任山东巡抚的周馥联名上书朝廷，奏请开放济南等通商口岸，这也是后来被人们称做“近代史上的一个神话”的山东开埠。不久即得到批准，济南等地开埠成为现实。
济南近代史上数不清的“第一”都与“开埠”密切相关。例如：经三纬二路的第一家电影院（小广寒电影院），火车站南侧的第一家西餐馆（石泰岩饭店），庄钰、刘福航创办的第一家民族资本工业（济南电灯公司），英国传教士怀恩光创建的第一家自然博物馆（广智院），济南第一家戏院（兴华茶园），位于高都司巷的第一家洋行（礼和洋行），第一家外国银行（德华银行）等等。
周馥是袁世凯的儿女亲家，这对姻亲在政治上联手，把山东当做施行新政的试验田，先后设立了银元局，创办了商务总会，还将各地的书院改成了新式学堂。最具影响的是将济南“泺源书院”改为官立“山东大学堂”，招收新生三百人，由周馥之子周学熙担任校长，聘请美国人赫士为总教习（教务长）。
说起袁世凯在山东时的作为，人们谈论最多的是他剿杀义和团，仿佛除了一把血淋淋的屠刀之外其他不值一提，实则不然。在山东巡抚任上的700多天里，袁世凯大力推行新政，与李鸿章、张之洞、刘坤一等封疆大臣发起的“东南互保”运动，就是为晚清政局力挽狂澜的大手笔，可圈可点。