1917年1月9日，蔡元培发表就任北京大学校长的演说，对学生提出三点要求：一曰抱定宗旨，二曰砥砺德行，三曰敬爱师长，将“抱定宗旨”置于首位。

1917年，蔡元培聘请《新青年》主编陈独秀为文科学长，并聘请李大钊、胡适、钱玄同等“新派”人物在北大任教，采用“思想自由，兼容并包”的办学方针，实行“教授治校”的制度，提倡学术民主，支持新文化运动。

同年，蔡元培邀请著名哲学家梁漱溟到北京大学讲授印度哲学;徐悲鸿应蔡元培之邀从日本东京返北京，任北京大学画法研究会导师。

1917年7月，胡适从美国学成回国，其时胡适并未获得哥伦比亚大学博士学位，但蔡元培为了让胡适进入北大不惜帮其伪造学历。

1917年7月3日，蔡元培在北大发表热情洋溢的就职演说的余热未散，就向黎元洪总统提出辞职了，措辞委婉，但动因沉郁，那就是抗议张勋复辟。

1917年10月，民国六年，蔡元培50岁时，主持教育部召开北京各高等学校代表会议，讨论修改大学规程，北京大学文科提出废年级制，采用选科制的议案，会议议决通过，决定在北大试行。

北大选科制规定每周一课时，学完一年为一个单位，本科应修满80个单位，一半必修，一半选修(理科酌量减少)，修满即可毕业，不拘年限;预科应修满40个单位，必修占四分之三，选修占四分之一。选修科目可以跨系。

1918年，他更明确地指出：“大学为纯粹研究学问之机关，不可视为养成资格之所，亦不可视为贩卖知识之所。学者当有研究学问之兴趣，尤当养成学问家之人格。”

1918年5月22日，蔡元培为“中日防敌军事协定”反对政府变相卖国，又向大总统提出辞呈。

1918年11月16日，民国七年蔡元培51岁时，“一战”刚结束，在天安门前组织集会庆祝，发表题为《劳工神圣》的演讲，鲜明提出要“认识劳工的价值”，并喊出了“劳工神圣”的口号。

1919年，蔡元培在北京大学废除科，改原隶属于科的学门为系，设立14个系，废学长，设系主任。

原来的文、理、法三科分别改称第一、二、三院，仅作为各系所在地区的标志(因原来三科分布在不同地区)，不代表一级机构。

1919年5月8日，五四运动爆发后，蔡元培为抗议政府逮捕学生，于5月8日提交了辞呈。并于9日离京。1919年5月13日，北京各大专学校校长向政府齐上辞呈，支持蔡元培。

1919年6月15日，在他发布的《不愿再任北京大学校长的宣言》中说：“我绝对不能再作不自由的大学校长：思想自由，是世界大学的通例。后由于北大师生极力挽留，蔡元培答应只做北大师生的校长。

1920年初，蔡元培与李石曾、吴敬恒，利用庚子赔款，创办中法大学于北京。蔡元培任校长。

1920年2月，蔡元培下令允许王兰、奚浈、查晓园3位女生入北大文科旁听，当年秋季起即正式招收女生，开中国公立大学招收女生之先例。

1920年5月，蔡元培聘任地质学家李四光出任北京大学地质系教授，邀著名作家莎菲回国任北京大学文学教授，8月，聘鲁迅为北京大学讲师。

1920年年底，被北京大学派遣去欧洲考察。与法国里昂市长赫礼欧(Herriot)，里昂大学医学院院长雷宾(Lepine)等，合作设立里昂中法大学协会，决定在里昂成立中法大学。

1923年春，不满北洋政府教育总长彭允彝破坏法制的行为，提出辞职，离京南下。秋间转赴欧洲，从事研究和著述，并参与要求英、法等国退还庚子赔款兴办教育事项。

1924年1月在国民党第一次全国代表大会上，经孙中山提名，当选为候补中央监察委员。1926年初回国。在上海参加苏浙皖三省联合会，配合北伐战争，策划三省自治运动，遭孙传芳通缉。

1927年起，在南京国民政府任大学院院长、司法部长和监察院长等职。1927年3月28日，蔡元培任国民党中央监察委员会会议主席，对吴稚晖提出的弹劾共产党表示附议，主张“取消共产党人在国民党之党籍”。

4月2日，蔡元培再次担任主席，蔡元培再次附和吴稚晖关于弹劾共产党的文告，并拿出了《共产党祸党证据及共产党在浙祸党之报告》。

国民党南京政府成立后最初两年内，蔡元培在政治上仍然站在蒋介石一边，支持“清共”。

但与其他人不同的是，在清党的实施过程中，他不支持滥杀，而是希望将这种政治上的弹压行动纳入比较规范的法治范围，即同意清党但反对杀人。

在清党的初期，蔡元培就曾对浙江清党委员会的草菅人命提出了严厉的批评，并要求在清党中必须执行三条原则，而且出面营救过可能遭国民党逮捕的共产党人和革命青年。

为劝阻南京国民党当局滥杀行为，蔡元培曾专门撰文劝告国民党当局继承孙中山的高尚人格，以德服人，停止滥杀。

之后一段时期，蔡元培把精力主要放在组建中央研究院上，他出任中央研究院院长，开始专注国家民族的文化教育和科技事业，并相继辞去了其他职务。

“九·一八”事变后主张抗日，拥护国共合作。1932年，与宋庆龄、鲁迅等发起组织中国民权保障同盟，积极开展抗日爱国运动。

曾电救杨开慧烈士，援救许德珩等爱国民主人士，营救丁玲、朱宜权等共产党员。1940年3月5日，在香港病逝。蔡元培逝世后，国内各主要党派和团体以及要人名流纷纷致电吊唁。