蔡元培實踐他的教育救國理想是從紹興中西學堂開始的。經(jīng)十天的行程，蔡元培于1898 年10 月26 日晨，回到闊別多年的紹興老家。此時的紹興，與他四年前北上進京任職翰林院時已有所不同。受甲午戰(zhàn)爭后維新思潮的沖擊，紹興城內(nèi)也出現(xiàn)一批熱心講究西學的有識之士。就在蔡元培回紹興的前一年春，本城縣紳徐樹蘭和紹興知府熊起磻利用當?shù)毓睿瑒?chuàng)辦了紹興唯一一所新式學?！B郡中西學堂。

中西學堂以古貢院山會豫倉為校舍。這里環(huán)境幽靜：校舍的前面是一條清清的小河，河的對面是蔥綠蒼翠、拔地而起的龍山，古龍山書院就在山的另一坡。學堂依學生程度分為三齋，略如后來的高小、初中和高中一年級。徐樹蘭自任督辦（即校董）, 另聘一人為監(jiān)董（即校長），主持校務。先后出任監(jiān)董的有何琪、何壽章、章成達。蔡元培回到紹興后，適逢章成達辭職。于是，徐樹蘭和紹興知府熊起磻便于是年12 月聘請蔡元培主持校務，名稱也由監(jiān)董改為總理。

蔡元培任中西學堂總理后所做的第一件事是聘請稱職教師。他在接辦學校的第六天，便將所聘教員名單報知府熊起磻批示：由馬用錫（湄莼）任經(jīng)學、史學、詞學教員，薛炳（閬仙）為經(jīng)學、詞學教員，馬絅章（水臣）、馮學書（仲賢）為詞學教員，賞乃勛（星槎）、褚閏生為蒙學教員，藍寅（筠生）、俞墉（伯音）、陳鳳鏘（子儀）為英文教員，戴儒珍（銘甫）為法文教員，杜煒孫（亞泉）為算學、物理教員，壽輔清（孝天）為算學教員。這些教員，都是當時紹興“極一時之選”的人物 。為提高學堂的教學質(zhì)量，蔡元培還不惜重金聘請外籍教員，如學堂先后聘請日人中川外雄、藤鄉(xiāng)擔任日文和體操教員，月薪高達50圓。

蔡元培所做的第二件工作是想方設法購置圖書和教學儀器設備。接辦學堂伊始，他便在校內(nèi)設立名曰“養(yǎng)新書藏”的圖書館，并手訂借書條例15 條，規(guī)定除本校師生借閱外，校外凡助銀10元以上者，允許1人借書，50元以上者，允許4人借書，其余以此為差。  一方面利用社會力量增加學校的藏書，同時學校豐富的藏書有償向社會開放，取之于社會，又服務社會，使學校、社會雙方受益。平時一有機會，蔡元培總是托人求購各種新書和有關教學儀器設備。1899年6月，校董徐樹蘭前往上海，蔡元培即托其購買日本教育社物理、化學、助力器械及化學藥品和動物標本，并寫信給上海的張元濟，托其代購南洋公學所編書籍。此外，還曾托徐樹蘭之子徐顯愍從日本東京購得日本所制小學物理器械第二號1組，共33種；化學器械二號l組，包括藥品共31種；化學標本1組，40種；庶物標本1組，200種；動物標本乙號1組，85種；植物標本乙號1組，105種；礦物標本乙號1組，65種；另三球儀1架，三角及兩腳定規(guī)3具，助力器模l組，8種，立體幾何1組，平面幾何l種。 由于蔡元培的重視，中西學堂成為當時紹興藏書最豐、教學儀器設備最好的一所新式學校。

在教學方法上，蔡元培實行因材施教：首先根據(jù)學生國學程度的高低分為三齋，分別教授國學課程，第一齋為蒙學齋，第二齋為詞學齋，第三齋為理學齋。但同時學生又可按自己算學、外語的程度，到不同的級別去聽課，并不受原來所在齋的限制。例如，有的學生根據(jù)其國學程度被列在第三齋，但外國語可到第二齋就讀，算學或者可到第一齋學習。但同時蔡元培對同學們管理甚嚴，手訂學堂授課及作息時刻表，規(guī)定學生每天早晨5點起床、盥洗，6點吃早飯，上午7點外語及算學各班上課，12點吃午飯；下午2點起，國學（讀書、溫書、講書）各班上課，6點體操，7點晚飯，8點余課，9點就寢。  此外，他還聘請誠實篤厚的胡鐘生為監(jiān)學，在大門左傍辟一房間，監(jiān)視學生出入，另每一齋派一國學教員督導學生攻讀。在蔡元培的嚴格管理下，當時在中西學堂就讀的學生，不少在后來文教界有所表現(xiàn)。如后來曾任北大校長的蔣夢麟和地質(zhì)學教授王烈，便是那時候第一齋小學生。后曾任中央研究院秘書的馬禩光和任浙江省教育廳科員的沈光烈，則為第三齋的高材生。其他較有名氣的還有許壽裳、壽昌田、李雪身、蔣夢蘭、蔣夢桃等。

蔡元培所做的另一件有意義的工作是增設課程。在他掌校期間，中西學堂的課程除講授中國文學、經(jīng)書和歷史之外，還開設了西洋學科，如物理、化學、動植物學、算學（包括代數(shù)、幾何）、外國語（英文、法文、日文）和體操等。盡管紹興中西學堂講授的西學知識還十分粗淺，但在當時卻起到了重大的思想啟蒙作用。特別是化學、動植物學等課程的開設，不但使學生們接觸到了近代自然科學知識，激發(fā)了他們的科學興趣，而且也改變了他們的思想觀念。當時在第一齋念書的蔣夢麟后來在《西潮》一書中就提到中西學堂所設課程對他當時思想所產(chǎn)生的巨大影響。他這樣回憶說：“我在中西學堂里首先學到的一件不可思議的事是地圓學說。我一向認為地球是平的。后來先生又告訴我，閃電是陰電和陽電撞擊的結(jié)果，并不是電神的鏡子里發(fā)出來的閃光；雷的成因也相同，并非雷神擊鼓所生。這簡直使我目瞪口呆。從基本物理學我又學到雨是怎樣形成的。巨龍在云端張口噴水成雨的觀念只好放棄了。了解燃燒的原理以后，我更放棄了火神的觀念。過去為我們所崇拜的神佛，像是烈日照射下的雪人，一個接著一個融化。這是我了解一點科學的開端，也是我思想中怪力亂神信仰的結(jié)束?！?/p>

然而，教育救國的道路也不平坦，同樣充滿新舊斗爭。在紹興中西學堂，蔡元培、馬用錫、杜亞泉、胡道南等新派教員受西方思想影響，篤信進化論，或在校內(nèi)宣傳民權、女權思想，反對尊君卑民、重男輕女，或主張革新政治，改良社會，他們的言行引起校內(nèi)一些舊派教員的忌恨。特別是在每日午餐飯桌上談及有關社會風俗和政治問題時，新派教員人多勢健，而舊派教員則勢單力薄，在辯論中每每居于下風，在學生面前大失面子。于是，他們便遷怒于蔡元培，向徐樹蘭打小報告，控告蔡元培言論過于激進，用人有誤，經(jīng)費及學校管理不善，等等，試圖將蔡元培排擠出中西學堂。在舊派教員的鼓動下，校董徐樹蘭便于庚子年（1900 ）正月二十六日出面干涉，來書要求蔡元培將本月二十一日清廷一道有關“正人心”的上諭抄錄懸諸禮堂。這則上諭是清廷鎮(zhèn)壓戊戌變法后向同情變法維新人士發(fā)出的一道威脅，里面指斥同情與支持變法者為“援引匪人，心懷叵測”，警告士人們今后“自當以名教綱常為己任，以端學術而正人心”。對此，蔡元培斷然予以拒絕。他在復徐樹蘭的信中毫無顧忌地指出，所囑恭錄上諭“皆黎邙之鬼所為”，“豈有取頑固者之言而崇奉之之理”，表示自己寧愿辭職，也不做違心之事，“雖迫之以白刃而不從。蓋元培所慕者，獨譚嗣同耳”。 為表辭意，蔡元培于寫信的當日即離開紹興，前往嵊縣。后經(jīng)他人調(diào)解，蔡元培不久又重回紹興繼續(xù)留任中西學堂總理。他在3月27日紹興府學堂學友第一議期攝影記中寫道：“不數(shù)日，督辦者悟目論之無狀，掣肘之非是，折其前議．以趣于辦事者之本意，而辦事者亦既感動于許先生之諷議，而無為過激，體力相劑，團結(jié)如故?！钡?jīng)此風波后，校董徐樹蘭對中西學堂不再如前熱心。是年底．學堂經(jīng)費遇到困難，蔡元培數(shù)次前往相商，而徐“終無意”。 在此情況下，蔡元培只好于1901年2 月離開中西學堂，移交何壽章（豫才）接辦。