1879年9月底嚴復回國后，首先在福州船政學堂任教。

1879年10月18日，李鴻章曾致函李鳳苞，提及嚴復充任學堂教習最為合適。1880年4月19日，在奏設北洋水師學堂之前，李鴻章詢問水師將才情況。嚴復的同鄉(xiāng)陳寶琛遂向李鴻章推薦嚴復，稱嚴復“器識閎通，天資高朗”。李鴻章遂決定調(diào)嚴復來天津，但嚴復沒有立即北上。1880年8月19日，李鴻章鑒于福州船政學堂辦有成效，可資取法，奏請在天津建立天津北洋水師學堂，由福州船政大臣吳贊誠督辦。8月22日，李鴻章的奏議得到朝廷批準。

1880年8月，李鴻章電召嚴復北上就任北洋水師學堂總教習，至遲8月26日，嚴復到達天津。8月27日，嚴復稟謁李鴻章，向他報到。李鴻章隨即吩咐嚴復次日與籌辦水師學堂的吳贊誠會面，并函示吳贊誠：按嚴復在福州船政學堂100元的薪水標準，從7月開始預支其3個月工資，并發(fā)給路費100元。從此嚴復開始執(zhí)教天津北洋水師學堂，主督課前后20年，為近代中國培養(yǎng)了一大批海軍人才，成為海軍元勛。

嚴復初到北洋，被委任為北洋水師學堂總教習，總辦一職空缺?？傓k按慣例由候補道品級的官員充任，而嚴復當時只是正四品武職都司，還不夠資格擔任總辦。原因是按照清朝的官吏制度，文職道員可以節(jié)制同級的武職都司，武職都司的官級明顯比文職道員低。盡管1893年12月，嚴復才正式擔任學堂總辦，但是實際上之前已部分擔負了總辦，也就是校長的責任。從史料來看，駕駛班的教學管理實際由嚴復主持，而學堂的行政管理則由總辦吳仲翔及正副監(jiān)督主持。

李鴻章制定招生章程后，北洋水師學堂開始招生。然而，和福州船政學堂剛開始的遭遇一樣，報考者寥寥無幾。1880年12月，吳贊誠因病回南方看病，順便到上海選募學童。1881年3月5日，專門在《申報》上刊登招生告示，附學堂章程，為北洋水師學堂選募學童。

1881年8月，北洋水師學堂全部落成。因生源不足，1881年冬，嚴復專程回閩招生。其中，1882年1月確定24人，2月~3月又招收了三位親屬，即嚴復大妹夫何心川的馮姓表弟，嚴復的二妹夫陳茀藩和嚴復妻姐的薛姓侄子。前后共計27人。

在招生過程中，出題考核、決定錄取基本都由嚴復決定，其權力非同一般。例如，他偶爾見到朋友謝鑾恩之子謝葆璋，覺得他適合當海軍，當即出了兩道試題考查他。一個是詩題：“月到中秋分外明”，一個是八股破題。謝葆璋做完，嚴復比較滿意，當即決定錄取他。

又如，伍光建投考時，據(jù)說嚴復讓他解釋英文單詞“鼠”字，伍光建以一口濃重的粵語應對，考官聽不懂，伍光建就以手勢在桌上做老鼠爬行狀。嚴復見了哈哈大笑，認為伍光建很聰明，將他錄取為北洋水師學堂駕駛班首屆學生。

北洋水師學堂是一所專重駕駛(指揮)的海軍學校，其規(guī)程略仿福州船政學堂前、后學堂的模式。學堂初設駕駛專業(yè)額定人數(shù)60名。

1882年5月，天津水雷電報學堂改組為水師管輪學堂，學生員額沒有增加。然而，即便嚴復將自己的親屬加以照顧招生進來，到1882年，北洋水師學堂駕駛專業(yè)仍未招滿既定的60人。