蔡元培實踐他的教育救國理想是從紹興中西學(xué)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(jìn)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(xué)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(dāng)?shù)毓?，?chuàng)辦了紹興唯一一所新式學(xué)?！B郡中西學(xué)堂。

中西學(xué)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(xué)堂依學(xué)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(wù)。先后出任監(jiān)董的有何琪、何壽章、章成達(dá)。蔡元培回到紹興后，適逢章成達(dá)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(wù)，名稱也由監(jiān)董改為總理。

蔡元培任中西學(xué)堂總理后所做的第一件事是聘請稱職教師。他在接辦學(xué)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(xué)、史學(xué)、詞學(xué)教員，薛炳（閬仙）為經(jīng)學(xué)、詞學(xué)教員，馬絅章（水臣）、馮學(xué)書（仲賢）為詞學(xué)教員，賞乃勛（星槎）、褚閏生為蒙學(xué)教員，藍(lán)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(xué)、物理教員，壽輔清（孝天）為算學(xué)教員。這些教員，都是當(dāng)時紹興“極一時之選”的人物 。為提高學(xué)堂的教學(xué)質(zhì)量，蔡元培還不惜重金聘請外籍教員，如學(xué)堂先后聘請日人中川外雄、藤鄉(xiāng)擔(dān)任日文和體操教員，月薪高達(dá)50圓。

蔡元培所做的第二件工作是想方設(shè)法購置圖書和教學(xué)儀器設(shè)備。接辦學(xué)堂伊始，他便在校內(nèi)設(shè)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(xué)校的藏書，同時學(xué)校豐富的藏書有償向社會開放，取之于社會，又服務(wù)社會，使學(xué)校、社會雙方受益。平時一有機(jī)會，蔡元培總是托人求購各種新書和有關(guān)教學(xué)儀器設(shè)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(xué)、助力器械及化學(xué)藥品和動物標(biāo)本，并寫信給上海的張元濟(jì)，托其代購南洋公學(xué)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(xué)物理器械第二號1組，共33種；化學(xué)器械二號l組，包括藥品共31種；化學(xué)標(biāo)本1組，40種；庶物標(biāo)本1組，200種；動物標(biāo)本乙號1組，85種；植物標(biāo)本乙號1組，105種；礦物標(biāo)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(xué)堂成為當(dāng)時紹興藏書最豐、教學(xué)儀器設(shè)備最好的一所新式學(xué)校。

在教學(xué)方法上，蔡元培實行因材施教：首先根據(jù)學(xué)生國學(xué)程度的高低分為三齋，分別教授國學(xué)課程，第一齋為蒙學(xué)齋，第二齋為詞學(xué)齋，第三齋為理學(xué)齋。但同時學(xué)生又可按自己算學(xué)、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(xué)生根據(jù)其國學(xué)程度被列在第三齋，但外國語可到第二齋就讀，算學(xué)或者可到第一齋學(xué)習(xí)。但同時蔡元培對同學(xué)們管理甚嚴(yán)，手訂學(xué)堂授課及作息時刻表，規(guī)定學(xué)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(xué)各班上課，12點吃午飯；下午2點起，國學(xué)（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(xué)，在大門左傍辟一房間，監(jiān)視學(xué)生出入，另每一齋派一國學(xué)教員督導(dǎo)學(xué)生攻讀。在蔡元培的嚴(yán)格管理下，當(dāng)時在中西學(xué)堂就讀的學(xué)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(xué)教授王烈，便是那時候第一齋小學(xué)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(shè)課程。在他掌校期間，中西學(xué)堂的課程除講授中國文學(xué)、經(jīng)書和歷史之外，還開設(shè)了西洋學(xué)科，如物理、化學(xué)、動植物學(xué)、算學(xué)（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(xué)堂講授的西學(xué)知識還十分粗淺，但在當(dāng)時卻起到了重大的思想啟蒙作用。特別是化學(xué)、動植物學(xué)等課程的開設(shè)，不但使學(xué)生們接觸到了近代自然科學(xué)知識，激發(fā)了他們的科學(xué)興趣，而且也改變了他們的思想觀念。當(dāng)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(xué)堂所設(shè)課程對他當(dāng)時思想所產(chǎn)生的巨大影響。他這樣回憶說：“我在中西學(xué)堂里首先學(xué)到的一件不可思議的事是地圓學(xué)說。我一向認(rèn)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(xué)我又學(xué)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(xué)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(xué)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(jìn)化論，或在校內(nèi)宣傳民權(quán)、女權(quán)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(guān)社會風(fēng)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(fēng)，在學(xué)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(jìn)，用人有誤，經(jīng)費(fèi)及學(xué)校管理不善，等等，試圖將蔡元培排擠出中西學(xué)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(guān)“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(dāng)以名教綱常為己任，以端學(xué)術(shù)而正人心”。對此，蔡元培斷然予以拒絕。他在復(fù)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(dú)譚嗣同耳”。 為表辭意，蔡元培于寫信的當(dāng)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(xué)堂總理。他在3月27日紹興府學(xué)堂學(xué)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(tuán)結(jié)如故?！钡?jīng)此風(fēng)波后，校董徐樹蘭對中西學(xué)堂不再如前熱心。是年底．學(xué)堂經(jīng)費(fèi)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(xué)堂，移交何壽章（豫才）接辦。