武备学堂招生是十分严格的，不仅要看个人身体条件、军事技能，还要考试经史典籍的文化功底。当时全中国常备军约为90万人，要从这些人中挑选出一二百人，可谓万里挑一。最终考试结果，段祺瑞各项综合评比名列前茅，一举获得进入中国最高军事学府深造的机会。这也难怪，如果说单凭身体条件、军事技能，恐怕段祺瑞难以取得理想的成绩，毕竟这些年来他并没有真正经历过严格的军事训练，大部分时间都从事杂务，职位的正式名称叫哨官，也没有建立什么像样的军功，但段祺瑞少年时期由祖父打下的儒学底子，最终帮助了他。“机会总是给有准备的人的”，这句话再一次得到了验证。看来任何时候，学习总是有好处的，虽然平时看不出来，关键时刻还真管用。
段祺瑞进入了天津武备学堂，被分配到炮科学习。
炮科就是关于大炮使用的学问，这里要重点提一下天津武备学堂的炮科。在天津武备学堂之前，中国还没有真正的炮兵部队，少量军队里装备有从德国购买的大炮，但几乎没人会使，真有需要使用的时候，也就是长官随便指派个看起来机灵点的小兵，架起大炮点火后一阵乱轰，至于杀伤效果，对不起，那是老天爷的事了，所以那些大炮最大的作用就是吓唬吓唬人。其实使用大炮是有很高技术要求的，其核心就是精确度，比如各种型号的大炮高低射界是多少、最远发送距离是多少、炮弹的保养与维护，以及大炮瞄准技术等都是需要刻苦学习的。
对于现代人来说，这些东西似乎并不是什么高科技，没有什么神秘的，但请读者不要忘了这样的事实，当时还是大清朝时期，对那些只知道骑马射箭抡大刀的武夫来说，现代火器可真是个麻烦物件。段祺瑞学习的炮科也是如此，因为在当时的中国，能熟练掌握一门现代化火器的各种知识那简直就是高级知识分子，因为中国人实在太缺乏近现代军事知识了，就拿瞄准射击这项现代军事技能中最基本最简单的技能来说，当时的中国军队就毫无概念，掌握起来可是费了相当长的时间和功夫。
抛弃大刀长矛、引进洋枪洋炮是中国军事近代化改革的第一步，在这个问题上，中国人异乎寻常地团结一致，就连最最保守的士绅官僚，也不过就是发了几句诸如“奇巧洋物登大雅之堂”、“天朝脸面丧尽”等牢骚，然后不再有任何反对的声音。
但是，洋枪洋炮虽然是引进来了，中国人却似乎对这些玩意儿怎么使用不太关注，一直拿他们当打鸟的火铳使用。于是就出现了在战场上奇怪的放枪姿势。当时李鸿章组建的淮军已经装备上了不少枪炮，但士兵们在操练或战斗时，虽然朝前放枪，可眼睛却看着另一边，根本没有瞄准射击的概念。
装子弹的时候，自己正对着枪口，用探条捣枪里的火药（那时候还没出现后膛枪），姿势非常危险。
几十年后，洋枪已经发展成更现代的后膛枪，不再是开一次枪装一次火药的燧发枪了，中国军队紧跟形势，努力与国际接轨，也基本用后膛枪武装了起来。可是，士兵们的枪法，却依然没有人重视。
最典型的例子来自于义和团运动。中国人都说慈禧老佛爷卖国，有谁知道，慈禧也是有点脾气的，就在当年，帝国主义横行中国的时候，慈禧曾经干出过一件全世界至今还找不出类似例子的事情：一口气向十几个世界上最强大的西方国家宣战。第一步就是攻打外国使馆，当时领军的是董福祥率领的朝廷正规军，全部装备了最先进的后膛枪，士兵身上挂满了子弹。但这一仗打下来，彻底暴露了盲目与国际接轨的恶果：无知者无畏。当时董福祥的军队有l万多人，还加上几万人的义和团，他们要对付的是北京城内的外国使馆的几栋房子，战斗进行了将近三个月，外国使馆居然毫发无伤，使馆内的外国士兵只有区区几百人的卫队，但一万多人愣是几个月都进不去。据一位当时在使馆的外国记者回忆，在战斗进行期间，天空中经常弹飞如雨，却很少能伤到人。外国使馆的卫队竟然坚持了几个月，等到了本国派来的救援部队，慈禧终于退却了，没说的，又是签约又是赔款，还不得不宣布义和团为非法，全力加以剿灭。
还有中日甲午之战，北洋海军虽然最终失败，但毕竟多少还是表现出了一些军队的气势，也曾一度打得日本舰队丢盔弃甲。而陆军则屡战屡败，无一胜绩，从驻守的朝鲜平壤一直败退到国内的山海关，旅顺海军基地失守，威海基地形同虚设，日本人几乎可以在任何地点登陆。
根据资料记载和后来一些日本士兵的回忆，当时的日本指挥官对军队下的命令就是一旦战斗开始，日本军人必须就地趴下。干什么？等待！因为接下来中国军队就会按他们预想的程序一样进行了：争先恐后地放枪，一发接一发。等到子弹打完了，中国军队就开始撤退，这时候只要指挥官一声令下，趴在地上毫发无伤的日本士兵就会集体冲锋，而中国士兵能做的只有一件事：拼命逃跑，有多快跑多快！
进入民国，中国军队按说应该长进了吧。张勋复辟，段祺瑞组织了讨逆军进攻。张勋只有五千辫子兵，而讨逆军有将近一万人，战斗是这样进行的：
讨逆军决定进攻位于皇城内运河旁边的张勋公馆，活捉张勋本人。讨逆军士兵密密麻麻排列在公馆附近的一条胡同里，用机关枪向张勋公馆方向发射了百万发子弹。射击约清晨五点开始，密集的枪声就跟炒崩豆一样热闹。
双方士兵对着开枪，比大年三十晚上老百姓集体放鞭炮还要热闹，就是这样密集的枪炮对射，双方最终清点出来的死伤人数不过几十人，而且这中间大部分都是误伤或者其他原因。
更离谱的是，两方之间只隔着一道城墙，但从清晨直到下午三点左右的密集火力攻击中，居然连一发子弹也没有打着城墙，距离交战地点两英里以外的无辜路人倒是不少中弹身亡，连天空中的鸟也不能幸免，因为所有的枪都是对天空发射的。
北洋军阀统治时期，那更是三天一小打，五天～大打。四川军阀混战的时候，居然有闲人出来观战，像看戏一样。不过到了后来，打着打着大家逐渐认真起来了，开始有人研究如何节省子弹达到更好的效果，竞争的结果就是技术升级了。
到了蒋介石的时候，他甚至还编了本步兵操典，重点讲士兵如何使用步枪，从心态、姿势到枪法，尤其强调瞄准射击。也难怪他的北伐军战斗力极为强悍，吴佩孚、孙传芳、张作霖这些旧军阀们根本不是对手，短短半年时间就让北伐军控制了大半个中国。
所以这么看来，段祺瑞学习的炮科那可是当之无愧的高科技了。
段祺瑞在天津武备学堂期间，学习极为刻苦用功，因为他深知，这是自己安身立命的本钱。所以当别人都在享受生活、优哉游哉的时候，段祺瑞却每天都在埋头于一大堆国外翻译过来的战术手册中，往返于教室与操场之间。三年时间下来，他对炮兵所涉及的一切知识无不熟练掌握，甚至包括炮台工程做法、军事测绘、弹道计算等。
从光绪十一年至十三年，段祺瑞在天津武备学堂共学习了三年时间，从某种意义上说，这三年是段祺瑞人生中最重要的三年，他不仅学到了将来生存的本领，更重要的是，他还凭借天津武备学堂这一中国最高军事学府的关系，织就了一张关系网，为今后的从政打下了坚实的基础。