蔡元培认为：大学者，囊括大典网罗众家之学府也。他的“囊括大典”就是大学是包括各种学问的机关，无论何种学派，苟其言之成理，持之有故，尚不达自然淘汰之命运，即使彼此相反，也听他们自由发展。他的这种做法使新思想新文化冲进北大，在与原来的旧思想旧文化的较量中壮大，并得于传播。当时的北大成为一批激进的资产阶级民主派活动的舞台，成为新文化运动的中心，思想上各派并存，形成百家争鸣的局面，学术思想空前的繁荣，白话文与文言文，唯物主义与唯心主义等争论不停，在守旧派与革新派的论战中，蔡元培支持革新派，表现了他鲜明的立场。
1917年11月俄国十月革命的胜利，马克思列宁主义传人了中国，社会主义也成了当时世界一股强大的社会思潮，被聘为北大图书馆馆长的李大钊在中国第一个接受和传播马克思主义，1920年3月在蔡元培的支持下北大又成立了马克思学说研究会，随后马克思主义在全国广泛传播。北大在中国革命的历史上产生了不可磨灭的影响，诚如后来曾担任北大校长的周培源所说：“这些均与蔡先生作校长分不开，要是没有蔡先生这样民主，对待革命事业，对待新思想这样竭尽全力支持的校长，那么北大也就不会有这么大的贡献。”著名的哲学家冯友兰说：“蔡先生是中国近代的大教育家，这是人们所公认的。我在大字上又加了一个最字，因为一直到现在我还没有看见第二个象蔡先生那样的大教育家。”
蔡元培先生主持北大期间，胡适称之为“北京大学的蔡元培时代”。正如吴玉章所说：“蔡先生被任为北京大学校长，……罗致进步人士为北大教授，如我党出色人物李大钊同志及主张白话文、大倡文学革命的胡适等，起了新文化运动的革命作用，一时新思潮勃兴，学术思想为之大变，尤其是我半殖民地半封建的国家，受了十月革命的影响，社会主义的思潮，汹涌于一般人士、特别是青年脑筋中，使中国苦闷而没有出路的革命知识分子得到了新生命，获得了新武器，因而就有冲破旧桎梏而创造新文学、新文化的勇气，因而就有反帝反封建轰轰烈烈的五四运动。这就为中国历史开一新纪元。虽然这是时代所产生的必然的结果，而蔡先生领导之功，自不可没。”
蔡元培推行教授治校。1917年12月8日，北大评议会通过《各学科教授会组织法，规定：各门的重要学科，各自合为一部，设教34授会。各该部本科、预科的教授、讲师、外国教员均为会员。各教授会各设主任一人，由本部会员投票选出，任期二年。各教授会有讨论、决议之权的事项是：“（甲）本部教授法之良否；（乙）本部教科书之采择。”各教授会有参与讨论之权的事项是：“（甲）本部学科之增设及废止；（乙）本部应用图书及仪器之添置。”从这年年底起，各学科教授会先后成立，分别选出诸学门教授会的主任。
1917年11月16日，北大公布《研究所通则》，随后公布《研究所总章》，规定以各门教员分别组织国文、英文、哲学、数学、物理、化学、法律、政治、经济九个研究所，各设主任一人，由校长推定。本科毕业生、高年级学生以及他校本科毕业生均得为研究员。各研究员自择论题，经审定后，自行研究，由教员指示参考书及研究方法。所得结果，于一年内写出论文，经各该研究所全体教员审核接受者，发给研究所成绩证书。各研究所教员，应提出问题，共同研究，其成果或交《月刊》发表，或另印专书。当时，北大研究所的设备虽尚简陋，却是国内最早成立的大学研究所，具有首创意义。《研究所总章》第20条规定：“各研究所合出月刊一种，……定名为《北京大学月刊》。”议定每年1-6月、10-12月，月出一册，暑期中之7、8月停刊，9月出临时增刊一册，共十册，由各研究所主任轮流担任总编辑；其“临时增刊”，则由蔡校长主编。
《北京大学月刊》创刊号于1919年1月出版，蔡元培在《发刊词》中阐明编印此刊三要点：“一曰尽吾校同人所能尽之责任”，“二曰破学生专己守残之陋见”，“三曰释校外学者之怀疑”。《研究所总章》还提到，教员的研究结果，除发表于《月刊》外，另出专书。他极力鼓励北大教员多出成果，多写专书。并为许多著作撰写序文及为作者接洽出版事宜。截至1919年初，北大教员所出的书，已有数十种。这些书，有的是北大出版部刊出，有的是商务印书馆、新潮社等处印行。其中，如胡适第一个用科学方法整理国故而写成的《中国古代哲学史大纲》，徐宝璜所写中国第一本《新闻学》等，都是“破天荒”之作，在当时学术界，产生了重大的影响。
1917年11月15日，教育部召开北京各高等学校代表会议，蔡元培提出废除年级制、采用选科制的议案，议决：通过，交北大试办。提案的大意是：学生修满若干单位，即可毕业，不拘年限。预科须修满四十单位，其中四分之三为必修科，四分之一为选科，选科由各预科主任指导。本科须修满八十单位，半数为必修科，半数为选科，本科学生入校时，应择定教授一人为导师。该选科制，大大提高学生兴趣，迅速被全国大学采用，被功认为“我国大学教育上一个极大的进步”。
蔡元培主张北大的学术活动和课堂教学向全社会开放。除正式学生外，还招收一定数额的旁听生，使更多的人能受到高等教育。1919年修正旁听生章程规定：“各系有缺额时，均得收旁听生。”他们“须将所经历之学校及平时所研究之学业，填志愿书，……审查合格后，应缴纳全年学费[每单位二元]，领取旁听证”。当时京、津以及各省知识青年来北大旁听者甚多，他们利用北大教室及图书馆攻读，并参加北大各种社团活动。除正式旁听生外，还有不少未办手续“溜”进来听讲的，教室里面坐满了，他们就在窗下或门口听。这些正式的与“溜”进来的旁听生中，后来有不少人成为在学术上、文艺上卓有成就的人才。蔡元培大力推动各种社团组织，丰富学生的课外生活，为了鼓励研究学问的兴趣，他推动学生组织各种研究会和演讲会、雄辩会等；为了培养服务社会的能力，他推动学生组设消费公社、学生银行、阅书报社、平民教育讲演团以及编印《新潮》、《国民》等杂志；为了提倡正当娱乐，替代不正当的消遣，他推动学生组织音乐会、画法研究会、书法研究社、体育会、技击会、健身会、静坐会等。
为了砥砺全校师生的道德修养，蔡先生发起组织进德会。他在所撰《旨趣书》中，慨叹当时风气日下，道德沦丧，欲在二千人社会的北大试行挽救。进德会会员定为：（一）甲种会员：不嫖，不赌，不娶妾。（二）乙种会员：于前三戒外，加不作官吏，不作议员。（三）丙种会员：于前五戒外，加不吸烟、不饮酒、不食肉三戒。《旨趣书》最后指出：加入该会，（一）可以绳己，（二）可以谢人，（三）可以止谤。该会于1918年5月28日成立，入会者已有468人，计职员92人，教员76人，学生301人。按人数比例，分别选出评议员共25人，纠察员共50人。
此后校内、外申请入会者续有增加。当时中、外各报刊均有评介，视为有注意的价值。而在北大校内，对大部分师生的风尚，确曾有过良好的影响。蔡先生以言传身教来进行道德教育，矫正腐朽的校风。旧北大沿袭前清京师大学堂的衙门形式，校长、舍监、主任等视校役如奴隶。蔡先生到校后，“每天出入校门，校警向他行礼，他也脱帽鞠躬，使得这班服从惯了的仆人看了吐出舌头来”。旧北大“学生有事和学校接洽，须写呈文，校长批了，揭在牌上”，仿佛一座官府。蔡先生当即出一布告：“此后学生对于校长应用公函，不得再用呈文。”
1917年11月16日起，他又创刊《北京大学日刊》，传布校中各种措施的讯息。学生有建议时，他也把“议案送登《日刊》，择其可行的督促职员实行。这样，……学生对于学校就一点不觉得隔膜。”蔡元培就是想把北大改造成一个师生员工一律平等、团结友爱、融洽互助的大家庭。当时，有一个因犯规被开除的学生，他不是抛开不管，而是一直关注该生的情况，多次约到办公室谆谆劝导，在他热情关怀与不倦的教诲下，这个被人视为桀骜不驯的青年，终于被感化而力求上进。
陈独秀被聘任北大文科学长时，蔡元培要陈把《新青年》搬到北京来办。该杂志迁京后，由陈和胡适等轮流主编。鲁迅、刘半农等经常撰稿，蔡先生的论文和演说词也常在该杂志发表。他们竭力宣传民主、自由，提倡科学，反对专制，反对尊孔复古，提倡白话文，推行文学革命。随后，北大学生傅斯年、罗家伦等编印《新潮》月刊，反对封建礼教，提倡个性解放与妇女解放。这两个刊物的言论，很快引起封建统治阶层及守旧势力嫉恨，许多报刊不断刊载攻击北大、诋毁蔡元培和新派教授的文字，甚至要求教育总长进行干涉，并拟向国会提出弹劾。
当时，反对北大改革、反对新文化运动的急先锋，是自称“清室举人”、“抱守残缺至死不易其操”的林琴南。从1919年2月起，他先后在《新申报》发表《荆生》及《妖梦》两篇文言小说，对蔡元培及北京大学进行影射和辱骂。3月18日，他又在《公言报》正式发表《致蔡鹤卿太史书》，指责北大（一）“覆孔孟，铲伦常”，（二）“尽废古书，行用土语为文字”，痛责蔡元培“凭位分势利而施趋怪走奇之教育”。蔡元培看到林函的当天，立即撰文，针对林函中指责的两点，平心静气地摆事实，讲道理，有据、有利、有节，一一反驳，并郑重宣告：继续坚持“循思想自由原则，采兼容并包主义”。“对于教员，以学诣为主。……其在校外之言动，悉听自由，本校从不过问，亦不代负责任。”
蔡先生义正词严的答辩，林琴南于3月24日《再答蔡鹤卿书》中，不得不说：“弟所求者，存孔子之道统也，来书言尊孔子矣；所求者，伦常之关系也，来书言不悖伦常矣；所求者，古文之不宜屏弃也，来书言仍用古文矣。心遂欲，畅遂无言。”
五四时期重大贡献
经过蔡元培的大力改革，《新青年》、《新潮》等的积极鼓吹，北京大学成为新文化运动的中心，影响遍及海内外。北大学生以及全国学生的思想大为解放，民族意识大为增强，爱国热情日益高涨，这就为即将到来的五四运动准备了充分的条件。第一次世界大战结束后，英、美、法、日等战胜国在巴黎举行重新分割殖民地的和平会议，和会不仅拒绝中国提出的废除帝国主义在华特权的正义要求，还决定由日本接管战败的德国原在我山东省全部权益。徐世昌总统府的外交委员会虽决定拒绝签订，但国务总理钱能训却发出密电，命令出席和会的中国代表团在这一丧权辱国的和约山东条款上签字。
这一噩耗被外交委员长汪大燮得知，急忙赶到东堂子胡同蔡元培住宅商议，蔡立即召集北大学生代表，告知此事。于是，北京各大专学生原定5月7日举行的集会游行示威，提前于五月四日爆发。
1919年五四那天，北京各大专学生三千余人，在天安门前集会，游行示威，火烧赵家楼曹汝霖住宅，暴打章宗祥。最后32名殿后学生被军警逮捕。各校学生全体罢课抗议，山东籍国会议员及外交界耆宿等纷纷要求释放，商会拟罢市声援，各大专校长坚请保释，蔡元培愿以自己一人为学生抵罪。
在全国压力之下，北洋政府不得不将被捕学生全部释放。为拔掉蔡元培这颗眼中钉，阴谋改派反对新文化运动的顽固排接任北大校长，北洋政府以严办游行被捕学生对蔡进行威胁。为“保全此等无辜之学生”，蔡元培被迫于5月9日离京赴津，旋即南下，留下启事，宣告已提出辞去北大校长之职。北洋政府迫使蔡元培离职的卑劣行径，不仅使北大师生及北京学界群情愤激，而且引起全国各地学生极大关切，他们认为蔡元培的去留是关系中华文明命运的重大问题，坚决要求挽留，并把“挽留蔡校长”作为向北洋政府提出的六大政治要求之一，同“外争主权，内除国贼”的斗争紧密交织，成为五四爱国运动的重要组成部分。五四运动取得光辉胜利后，在北大师生与各方人士恳劝之下，蔡先生打消辞意，9月12日，由杭州回到北京，重新主持北大校务。
蔡元培回校复职后，迅即全面。1919年12月3日，评议会通过北大《内部组织试行章程》。蔡元培全面实行教授治校制，让懂得学术的人来管理大学，彻底改变京师大学堂遗留下来的官僚衙门作风。关于这一点，顾孟余说：“先生长校数年，以政治环境关系，在校之时少而离校之时多。离校之时，校务不但不陷停顿，且能依照计划以进行者，则以先生已树立评议会及各种委员会之制度。此制度之精神，在以教授治理校务，用民治制度，决定政策，以分工方法，处理各种兴革事宜。然而非校长之清公雅量，则此制度不克成立，非师生绝对信任校长，此制度不易推行也。”
另一个重要措施是废科立系，打破文、理、法的学科界限。对此，蔡元培一再阐述：“从理论上讲，某些学科很难按文、理的名称加以明确的划分。……例如，地理就与许多学科有关，……当它涉及地质矿物学时，可归入理科；当它涉及政治地理学时，又可归入法科。……还有自然哲学这个专门名词，它可以归入理科，又由于它的玄学理论，可以归入文科。根据这些情况，我们决定不用‘科’这个名称。”“就学生方面来说，如果进入一所……只有本科专业课程的大学，那对他的教育将是不利的。因为这样一来，理科学生势必放弃对哲学与文学的爱好，……他的教育将受到机械论的支配，……这将导致自私自利的社会或机械社会的发展。而在另一方面，文科学生因为回避复杂的事物，……厌恶学习物理、化学、生物等科学。这样，他们还没有掌握哲学的一般概念，就失去了基础，抓不住周围事物的本质，只剩下玄而又玄的观念。因此，我们决心打破存在于从事不同知识领域学习的学生之间的障碍。”
这次公布的《内部组织试行章程》，即将文、理、法三科之名正式除去，而设立下列各学系：、数学系物理学系天文学系；2、化学系地质学系生物学系；3、哲学系心理学系教育学系；4、中国文学系英国文学系法国文学系德国文学系俄国文学系；5、史学系经济学系政治学系法律学系。各学系教授会设主任一人，由各该系的教授互选，任期二年。各个学系的主任合组教务会议，讨论全校学术的大计。
当时中国知识界第一流的专家学者，集于沙滩红楼。难怪在当时年青人心中，北大的确是名副其实的最高学府。蔡元培对北大教员出国进修、藉以提高学术水平，异常重视。夏元、王栗、陶孟和、蒋梦麟赴欧美各国考察，刘半农、朱家骅赴法、德完成博士学位，陈启修、李大钊赴俄国讲学，陈大齐、宋春舫、杨荫庆、程演生、何基鸿、徐悲鸿等赴欧，孙瑞林赴美，胡睿济、沈尹默赴日进修或考察，都得到他的支持和帮助。