最終，清朝政府和日本明治政府於1895年4月17日(光緒二十一年三月二十三日)在日本馬關(今山口縣下關市)簽訂《馬關條約》。
根據《馬關條約》規定，中國割讓遼東半島(後因三國干涉而未能得逞)、臺灣島及其附屬各島嶼、澎湖列島給日本，賠償日本2億兩白銀。中國還增開沙市、重慶、蘇州、杭州爲商埠，並允許日本在中國的通商口岸投資辦廠。
《馬關條約》簽訂的消息傳到國內，中國的失敗、不平等條約的簽字，深深刺痛了蔡元培這位青年知識分子的心。
個人正春風得意之時，國家卻面臨滅頂的危難，蔡元培還沒來得享受功名帶來的榮耀、施展滿胸的才華，就值逢國家傾危的巨禍。巨大的反差，對蔡元培的刺激是無可言表的。
國家興亡匹夫有責，何況蔡元培這樣的深懷家國憂患的熱血學子呢！他再也無法安心地正襟安坐於朝堂之上，閒散優遊於詩酒酬對之中。我們從蔡元培青年時的一些作爲中也大致可以看到，這是一個深深把濟世情懷、忠孝信義的儒家品質寫入靈魂深處的人，這樣一個人，怎會只關心個人寵辱而把世事的安危置之度外。
蔡元培認爲，甲午戰敗乃是中國數千年曆史上前所未有的奇恥大辱，“聚鐵鑄錯，一至於此，可爲痛哭流涕長太息者也”。他說，“韓、魏於秦，宋於金，不如是之甚也”，就是說，他認爲這個馬關條約簡直比戰國時期韓、魏屈事於秦，南宋屈事於金更加讓國人屈辱。他譴責清王朝的治下“疆臣跋扈，政府闒茸，外內狼狽，虛疑恫愒，以成煬竈之計，聚鐵鑄錯，一至於此”。
1894年底，李慈銘因病逝世，李家南歸，蔡元培移居北京城南半截衚衕的紹興會館。
甲午戰爭的慘敗，促使已近“而立之年”的蔡元培重新思考許多問題。而“甲午之後，朝士竟言西學”的大氣候，也推動着他開始如飢似渴的攝取新學。
1895年夏開始，許多朝中官員，特別是主戰的清流們，憤於《馬關條約》的簽訂，紛紛請假離京返里。這一年的秋天，蔡元培也向上司乞假回鄉一年。
歸家途中，元培特赴南京，拜謁了他心儀已久名滿天下的兩江總督張之洞。張之洞對這以“怪八股”著稱的後起之秀也很高看，接待他時，正巧康有爲會試時的房師餘誠格也在場。他們很自然地談到了康有爲。
讓蔡元培有些意外的是，張之洞這位封疆大吏能對康大加讚揚，說他“才高、學博、膽大、識精，許爲傑出的人才”。
蔡元培素來敬佩這位張香帥的見識，對他贊楊康有爲的話印象深刻。
此前，蔡元培曾以讀書人的眼光，對康有爲的《新學僞經考》很不以爲然，但對康有爲不久前的公車上書的壯舉十分讚佩。從與張之洞的談話中，蔡元培深切的感悟到，甲午之後中國的社會正在發生着的變化。
1896年，在故鄉紹興閒賦的一年裏，蔡元培的讀書興趣完全轉到了西學上，特別關於日本這幾十年是如何強大起來方面的讀物。
此前，在甲午戰爭進行之時，他就已經研讀了顧厚琨的《日本新政考》和李小池的《環遊地球新錄》等書，這一時期，他又先後閱讀了日本岡本監甫的《日本史略》、沈仲禮的《日本師船考》、鄭觀應的《盛世危言》、梁啓超的《西學書目表》和《讀西學書法》、華蘅芳的《算草叢存》、以及《遊俄彙編》、《電學源流》、《電學綱目》、《光學量光力器圖說》、《聲學》、《代數難題》、《幾何原本》、《農學新法》、《支那教案論》、《西學啓蒙》、《日清戰史》、《生理學》、《進化新論》等等。
毫無疑問，學習是一種能力，而蔡元培是當之無愧的學習能力超羣之人。一個飽學經史的翰林學士，能夠靜下心來讀這些學科廣泛，內容生澀的各類書籍，除了學習能力，更有一種內生的動力在激勵。
這一時期的蔡元培，對自己的人生進行了全新的思考，認識到：故紙堆再也找不到出路，先前所通行的考據、訓詁做學問的路子，根本無法解決現實的問題。
長期傳統教育薰陶出的對家國天下的責任感和使命感，使蔡元培不願再埋頭於經史子集這些給他帶來功名榮耀的經典。他把頭擡了起來，放眼四望。他想擴展自己的知識面，向西方先進國家學習治理經驗，發掘救國救民的方略，尋找世界觀、方法.論上的支撐點。
進入翰林院之前，蔡元培只是一個典型的忠孝節義式的傳統知識分子，但國家的驚天之禍襲來，蔡元培的意識開始轉變了。
對蔡元培來說，這一年是洗腦的一年，是浴火重生的一年。如同他自己所說：“少酖舉業，長溺文詞，經沽史法，亦窺藩籬，生三十年，始知不足”，“未嘗不痛恨於前二十年之迷惑而聞道之晚”，決意“迷途回車，奚翅炳燭”，“他簡直像獲得了精神上的新生”。
1896年12月，蔡元培自陸路乘馬車回京銷假。
1897年的北京，喧囂着改良的思潮，《時務報》、《新聞報》等連篇累牘的倡揚變法，粵學會、蜀學會、閩學會等在京的各省人士，紛紛發起成立維新團體。很快，公車上書的領軍、維新運動的領袖康有爲再次來京，多次上書要求變法；標誌着這場維新運動，正在從思想醞釀轉變爲付諸行動。
毫無疑問，蔡元培在思想上是屬於維新派。只是，他已經過了特別容易頭腦發熱的青蔥年歲。一個飽學經史又接觸涉獵了大量近代科學知識的人，對任何事情都是不會盲從的，都要經過一個獨立思考的過程，想一想是否真有道理，是否行得通。
但是，如果仔細觀察，還是能發現蔡元培有了特別大的變化。他的北京寓所書房中懸掛着十個大字：“都無做官意，惟有讀書聲。”
一個剛剛入仕的翰林，已經把功名和利祿放到一邊了，此時的蔡元培所熱衷的事，是要在知識領域尋找新的天地，爲民族的出路找到根本的解決之道。
這段時間，他在仔細研習了《適可齋紀言》四卷，在心得中寫道：“其人於西學極深，論鐵道，論海軍，論外交，皆提綱挈領。批卻導窾，異乎沾沾然芥拾陳言，毛舉細故以自鳴者。”
他還通覽了駐英公使館參贊宋育仁撰寫的《採風記》五卷，認爲“其宗旨，以西政善者都暗含中國古制，遂欲以古制補其未備，以附於一變主道之誼，真通人之論”