1925年5月30日，上海发生“五卅惨案”，北大师生组织沪案后援会，致电蔡元培，谓“沪汉事件，英、日诬我排外及赤化，亟须辩证”。蔡先生除复电建议速告“外交当局责成驻外各公使分别交涉”外，特撰《为国内反对日、英风潮敬告列强》的长篇论文，详述此次风潮的远因及近因，应由日本及英国完全负责。然后，针对列强在五卅惨案中的三种误会，摆事实，讲道理，具体地具有说服力地进行分析和辩解。此文译为英、法、德各种文字，在欧洲各国的报纸、杂志上发表。
1925年7月20日-28日，世界教育会联合会在英国爱丁堡召开第二次大会。中华教育改进社推蔡元培为代表出席，虽未能专程前往，但撰有论文《中国教育之历史与现状》一篇及提案两件，交陈剑携往宣读。蔡元培还应世界学生基督教联合会之请，撰著《中国现代大学观念及教育趋向》一文，以北京大学为例证，实际是他改革北大的总结。蔡元培在欧洲期间，曾为北大师生及其他人士的著述撰写序文。他对北大校内学术研究工作异常关注。1925年秋，一再致函蒋梦麟，告以“俄京科学院各种印刷品，多关于回纥、蒙古、吐火罗、突厥之研究。现在俄政府正与我国修睦，……且加拉罕正在俄京，可请助力，请乘此机会，索取该科学院出版物全份”。蔡元培对东西文化交流，随时不忘推动。
1926年冬，奉系军阀张作霖，逐步攫取北京政权。翌年夏，张任陆海军大元帅，以国会参议员刘哲为教育部总长。1927年8月6日，刘哲呈请“将京师国立九校改组归并，定名为国立京师大学校”，张的大元帅府即“着教育部……妥速办理”。该京师大将原北京九所大专学校合并改组为文、理、法、医、农、工六科，及师范、商业、美术、女子第一、第二等五部。其文、理两科，即就原北京大学之文科及理科改组。北京大学原有法科，本拟并入旧国立北京法政大学内，遭到反对，遂独立而为该京师大法科之第二院。刘哲自兼该京师大校长，教育部任次长的林修竹兼该京师大法科学长；清末任京师大学堂师范馆监督的江瀚任文科学长；原北京大学数学教授秦汾任理科学长。
9月20日，京师大举行总开学典礼，刘哲讲话，宣称他的“办学宗旨”，首要者“即保存旧道德”。由于奉系军阀暴虐统治，北大及其他各校教授纷纷南下，留京者不过十分之二、三。刘哲于是延揽一批昏庸官僚及钻营之徒来滥竽充数。这些人不学无术，师资低劣，学生不得不“修函拒绝或当面讽刺”，或“要求学校更换”，或“全堂故意缺席”。
该京师大设校务会议及教务会议，但成员均不经全校教授互选，而是按所任职务奉命出席。“校务会议议定事项，关系重大者，……呈请教育部核定。”其职权极为有限。这和蔡先生苦心经营而蜚声中外的北大“教授治校制”毫无共同之处。刘哲等对蔡先生在北大首倡的男女同校制，极为不满，打算将男女学生“彻底隔离”，因事实困难，迟未实现。但他还是下令“男女要分座听讲”。以蔡先生为首的原北京国立各大专校长对学生和教师爱护备至。在五四运动中，在反对中日直接交涉中，为被捕学生奔走营救，尽力保释。而刘哲则不仅为虎作伥，还在校内实行恐怖统治。
早在该京师大成立之前，1927年4月28日，奉系军阀已将北大教授李大钊等师生二十人杀害。该京师大组成开学后，9月28日，又将北大教授高仁山等师生多人逮捕，并于1928年1月15日杀高于天桥。5月24日，蔡先生在南京发起并主持追悼高仁山烈士死难的大会，他报告高为国牺牲的事略，“并忠告后死者之责任”。1928年6月3日，北伐军兵临城下，刘哲继张作霖之后，逃离北京。该京师大文、理、法三科原北京大学学生立即与母校教职员一起，接收原北大的第一院、第二院及第三院，并开展复校运动。北伐军抵北京后，不久改称北平。
6月8日，大学院长蔡元培在国民政府第70次会议上提出，国府已定都南京，京师大学之名不能沿用，拟请仍名北京大学。但易培基委员却提议任蔡为中华大学校长，未到前以李煜瀛（石曾）代。决议：“京师大学改为中华大学，任命蔡元培为校长，未到任时，以李煜瀛署理。”6月19日，蔡先生在国府第73次会议上，提请辞去中华大学校长兼职，推李石曾充任。“决议：照准。”9月21日，国府第95次会议时，李石曾代表大学委员会提请改中华大学为北平大学区，当即决议：通过北平大学区组织大纲，“改中华大学为北平大学”。北大学生立即具呈国府，反对北平大学区制，要求按江苏大学区内同济、暨南、劳动三大学独立之成例，保存北大原有校名及组织，直属于中央最高教育机关。并一再呈请“立派蔡校长元培先生来平，主持校务”。
李书华、李石曾于11月3日、20日先后到达北平，将原北京国立九校及天津北洋大学、河北大学、天津工专、河北法专等校合并改组为文、理、法、工、农、医、艺术、师范8个学院，文学院拟设在原北大第一院，理学院拟设在原北大第二院。11月29日，原北京大学学生一百余人为恢复校名及组织，到怀仁堂北平大学校长办公处请愿，二李均不在，学生将门窗器具捣毁。12月1日，平大文、理、法三院负责人，由军警会同前往原北大第一、二、三院接收，北大学生集合三百余人，分赴各院把守，阻止进入。军警及接收人员各自回去，未再前往。
蔡元培闻讯后，立即发电慰问李石曾及李书华，并与蒋梦麟联名发出长电，对原北大学生进行劝诫。此时，北大复校学生代表到南京，面见蔡先生与蒋梦麟、陈大齐、余文灿等前校长及各前代理校长。李石曾亦由平南下。于是请吴稚晖出面调停，议定：校名用“国立北平大学校北大学院”，原文、理、法三科称第一、二、三学院，又称文、理、社会学院。其英文校名不变。经费仍按从前北大最高预算支给。上述办法，经北大学生全体大会通过接受，风潮遂告解决。
1929年8月6日，行政院第32次会议议决：北平大学区的北大学院改为国立北京大学；第一师范学院改为国立北平师范大学。北大师生立即电请教育部从速任命蔡元培为北大校长，并推派教职员代表、学生代表会同南京北大同学会代表邀请蒋梦麟、陈大齐同到上海，恳切劝请，始获同意。他于9月2日发出三函，一致北大教职员，一致北大全体学生，一致南京北大同学会，告以9个月之后，到校办事；“最近九个月，敬请陈百年先生负责进行。”惟于致北大全体学生函中，特加一段话：“希望诸君特别忍耐，……对于学校当局，设身处地，知其难处，勿轻发无责任之言论，以取快一时，而妨碍全局。至于校舍之扩张，经费之筹画，诸君即有所见，亦可条陈于学校当局，……诸君决无直接行动之必要也。”
1929年9月11日，北大举行开学典礼，到会教职员、学生500余人。代理校长陈大齐在开会词中略谓：“前之希望蔡校长回校、及恢复校名，今已达到目的，惟当此际不要过事乐观，须努力探求学识，冀保过去荣誉。”北大原国文系主任马裕藻、原史学系主任朱希祖因曾被学生会攻击，均愤而请辞。蔡元培闻讯，迅即致马、朱各一函，告以“前晤学生代表时，曾剀切劝告，彼等亦以为然。……愿先生不咎其既往，勿再耿耿。……务请慨然允任……系主任，协力进行”。马、朱二人接蔡函后，并经校内负责人及各该系学生挽留，均允复任。
11月14日的评议会会议，审议各行政委员会的委员长及委员。从此，蔡元培奠立的“教授治校制”得到了认真的恢复。1929年12月17日，为北大创立三十一周年，蔡元培未能北上参加纪念活动，特为《纪念刊》撰写序文，提出应注意两点：“（一）要去尽虚荣心，而发起自信心。——有一部分的人，好引过去的历史，北大的光荣，尤以五四一役为口头禅；不知北大过去中差强人意之事，半由于人才之集中，半亦由于地位之特别，盖当时首都仅有此惟一之国立大学。……今则首都既已南迁，……北大不过许多大学中的一校，决不宜拘于已往的光荣，妄自尊大。要在有日进无疆的自信心。”“（二）要以学术为惟一之目的，而不要想包办一切。——以前，在腐败政府之下，服务社会者又不可多得，自命为知识阶级的大学，不得不事事引为己任。今则正好乘党政重任尚未加肩的时候，多做点学术上的预备。所以应守分工的例，不想包办一切，而专治学术。”
北大各系学生拟出《北大月刊》，函请蔡先生撰写发刊词。他当即致函陈大齐，认为“既以北大名，应由学校当局负责主持”“或由学生自出杂志，而不用北大名义。……此事未可放任，请注意”。陈将此函提交评议会讨论，曾决议由教职员及学生代表组织委员会，但意见未能一致，学生遂召开大会，决定将《北大月刊》改名《北大学生》，仍由同学自办，创刊号于1930年5月出版。蔡先生对于北大各种社团，特别是有关美育的社团，关怀备至，闻悉新组音乐研究会敦请杨仲子、刘天华等名家为导师，未获首肯。他立即分函杨、刘等人，请其“允任导师，以广布乐术”。杨等得蔡函后，即接受北大之聘，分别担任钢琴、琵琶等讲授。
1930年4月11日，北大评议会召开会议，第（二）项议案为，“蔡校长来函，……主张无需改办高中，即以停办预科所省之经费，移用于研究所，本会一致赞同此项意见。议决：不办高中，并不设补习班”。蔡先生这封信是复陈大齐的，云：奉“惠函，以教部训令，自本年起，停招预科学生，如有困难情形，可附设高中云云。征弟意见，弟以为预科生当然停招，改办高中，亦可不必。北平中学颇多，……所急需而尚少者，大学之研究科耳。……今若乘停办预科之机会，而即以预科所省之费，移用于研究所，则预定之计画，似不难次第实现。总之，吾人为北大发展计，与其求诸量，无宁求诸质；与其普及，无宁提高。……如承先生赞同，请提出评议会。”法律系教授何基鸿，被选为北大教务长，但何拟摆脱行政事务，辞谢连任。蔡先生迅发一电，谓“执事当选长教务，闻之欣慰，敬请慨允就职，以慰群望”。在蔡先生电劝及校内同人挽留下，何仍允续任。在北大追随蔡先生多年的徐宝璜教授，突于1930年5月29日在北大授课时晕厥去世，终年仅37岁。他深感悲痛和惋惜，特撰《徐伯轩行状》一篇，详述徐的生平，永留纪念。
1930年9月19日，国务会议第94次会议议决：“国立北京大学校长蔡元培辞职，照准。遗缺以陈大齐代理。”这是由于国民政府取消校长遥领办法，不得不辞，虽经北大师生多方挽留，无法复任。于是，北大评议会于12月6日召开会议，“（一）议决：研究院章程第三条，修改为‘本院设院长一人，综理院务，或由校长兼任，或由校长推举经评议会通过聘任之’。（二）代理校长提出聘请蔡元培先生为本校研究院长，议决通过。”从此，蔡元培便以研究院长的名义和北大保持关系。
蔡元培担任北大校长，前后12年多，但亲自在校主持校务的时间，不过5年半左右。尽管为时不长，但他在北大所奠立的民主与科学的优良传统，由此而形成的北大精神，却一直绵续下去，影响久远，而且远远超越北京大学一校的范围。可以说，在世界大学中，以一个校长身分，而能领导那所大学对一个民族、一个时代，起到转折作用的，除蔡元培而外，恐怕找不出第二个。