统三年（1911年）内调邮传部尚书，遗缺由云贵总督锡良（蒙古人）继任。他携带了军事幕僚陈宦赴任，同时自北洋诸镇中各调一部合编为第廿镇，统制就是陈宦。陈宦是湖北人，以苦学出身，和第六镇统制吴禄贞，第二混成协协统蓝天蔚号称为关外的湖北三杰。
锡良只做了几个月的东三省总督，因病辞职，遗缺由四川总督赵尔巽回任。这时陈宦被派到德国考察军事，第廿镇统制由士官生张绍曾接长。赵尔巽又把从德国研习军事归来的蒋方震找回担任总参议。这时在东北士官学生很得意，有蒋方震、张绍曾、吴禄贞、蓝天蔚等。新军羽翼甚丰，蒋方震亦不怕张作霖来找他算帐了。
光绪卅三年（1907年）七月，袁世凯已经做了五年零九个月的直隶总督和北洋大臣了，他虽然用尽心思去应付满族亲贵的猜忌，可是排汉的满人对他仍不放心，尤其对他握有兵权的职务不放心，因此他便被解除了直隶总督职务，有旨补授军机大臣兼外务部尚书。这个命令发表的同时，湖南总督张之洞也被任为军机大臣。清末的军机大臣就是枢臣地位，张之洞、袁世凯是当时汉旅的两大名臣，同日拜命入阁，也是一件大事。可是对袁世凯来说，这种调升实在是解除他的兵权，是一种削权的举措。
袁的兵权始于小站练兵，获得信任于戊戌政变，壮大于义和团之变，而完成于直隶总督任内。如今他羽翼已成，袁党各据要津，都抓住了精锐的部队，在此时来削弱他的力量是很难的。
袁奉命入阁时，坚请辞职，清廷当然不准，只好入京就职。这时首席军机大臣是庆亲王奕劻，奕劻对袁还好，加上慈禧对袁的宠信不衰，所以袁还能站得住，只是他和张之洞相处不很融洽，两人个性和政见都有极大的距离，时常在公事房中闹得很僵。
袁在军机大臣兼外务部尚书任内才一年半的时光。这一年半中，袁依违其间，无所建白，所办各项交涉，多有丧失权利者。在他一生中，这一段时间最没有成就。
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