1900年7月，八国联军攻陷天津，慈禧太后圣谕催促两江总督刘坤一、山东巡抚袁世凯立即出兵保卫京师。袁世凯和刘坤一接到西太后懿旨后，刘竟借口保境安民，置之不理，袁采信了幕僚严铭绶的计谋，脚踏两只船的办法，即打电报以山东省的名义参加“东南互保条约”，宣布对外国人“负完全保护责任”，并回奏清廷说他即日调兵一万，兼程北上勒王。

袁世凯把部下准军总兵夏辛酉、副将张勋叫来，嘱咐他们两人说：“我命令你们带兵六营北上‘勤王’。你们必须慢慢走，等等瞧，走到了直隶省边境得停下来，看准风色行事，切不可和洋兵冲突，引起战争。如果北京失守的话，两宫必然出走，你们就应找到两宫行在所，带兵前往保护圣驾。这时行动愈快愈好。”

袁世凯当时虽然身在济南，但早已料到京城必陷，此次他急于出兵，并不是出于真心“勤王”，而是表面上的应付做作。袁称出兵1万，实际上只有3000。这支淮军并不是袁的嫡系部队，而是杂牌部队，万一出了乱子，与他也毫无干系。当时山东有人看出了袁并未执行清政府的命令，山东好像一个独立王国，因此在背后闲谈中戏呼袁为“鲁王”。袁听到这样的话，只冷笑说：“区区一省之王，老子并不在乎！”

袁长凯由天津去济南就任山东巡抚时，所带去的家属有原配正室于氏，长子克定；妻吴本娴（清湖南巡抚吴大激女），长妾沈氏，次妾吴氏（朝鲜籍），长女孟祯，五子克权，七子克齐，三妾金氏（朝鲜籍），二子克文，三子克良，三女叔祯，四妾闵氏（朝鲜籍)，四子克端，次女仲祯，五姿相氏，五女季祯，六子克桓，八子克轸。其总管及随身保卫、上差等人，均系清一色河南籍贯，计有安立昌、徐天成、符展青、白立堂、申明善、何致祥、韩诚、句克明等人，这些人都是袁精心挑选的对他忠心耿耿的人。

袁世凯在慈禧太后诏旨下达令其火速出兵时焦急万分，曾由济南数次上书徐世昌：通过徐世昌乞求荣禄以山东防务吃紧，兵力不敷分配为借口，望清廷取消命他北上的命令。袁世凯之目的是拥兵济南，坐守以观成败。

慈禧太后在西安行宫接到山东巡抚袁世凯恭请“两宫回銮”的电报，使取道河南、直隶回京。袁世凯在得知慈禧太后回京时，便在山东各地急忙采办大宗绸缎用品及食物，另备白银20万两，派差官吴长纯专程送往太原上贡，对于随驾西行的各王公大臣以至宫廷太监，也都馈送不遗。

同年12月15日，袁世凯由山东济南亲到直隶省顺德府迎接两宫圣驾。袁望见太后御辇来到，便匍匐道左，跪请圣安，随即放声大哭。（这是一件犯忌的大事，按清朝制度，王公大臣除了国丧举哀号哭外，平时绝对禁止对皇上哭泣，否则就有大不敬杀头之罪）随驾官员见袁此触犯天条之举，都暗自吃惊，为袁担心。慈禧太后也很觉得奇怪，便问袁因何要哭。袁抽泣回答说：“臣见圣容消瘦，痛彻肺肝，不觉失礼，忘却大罪在身。”慈禧太后听了袁的回答后，反倒安慰袁说：“瞧你这孩子，咱们今天能够见到面，总算菩萨保佑，现在你也用不着再伤心难过了。”夸奖袁是一个尽心尽力的大忠臣。

李鸿章病死在直隶总督任所，后继无人。当李在病笃垂危时刻，上书清廷保荐袁继任其北洋大臣、直隶总督。清廷准奏，便升袁为北洋大臣兼直隶总督，即刻上任。袁在这时因生母刘氏病逝济南任所，根据清廷制度，袁应“丁忧”辞职。慈禧太后认为袁在戊戌变法中告密有功，并有太原进贡及顺德府接驾等忠贞表现，乃亲准袁督直，毋庸再议。袁又指使山东济南各士绅电请清廷夺情应变，“移孝作忠”，使袁得以破格留任，即高升极品，这在清王朝是绝无仅有的升迁速度。

袁世凯在离开济南时说：“我在山东巡抚任内，一共做了两件大事，一是剿办山东境内的‘拳匪’，另一件是在八国联军入侵时期，保境安民。”