光绪帝看到了康有为的上书，表示赞赏。康有为又向皇帝上《应诏统筹全局折》（第六次上书），指出“变则能全，不变则亡，全变则强，小变仍亡”，建议皇帝大誓群臣，开制度局，许天下人上书。又进呈自己撰写的《日本明治变政记》、《俄彼得变政记》，要求光绪奋发振作，运用君权，排除阻挠，效法日本、俄国，实行改革。光绪二十四年四月二十三（1898年6月11日），光绪帝下“明定国是”诏书，宣布变法，并召见康有为、梁启超等询问变法的步骤和方法派康在总理衙门上行走，梁办理译书局后来又任用谭嗣同、刘光第、杨锐、林旭为军机章京。康有为和其他人递了许多奏折，提出一系列变法建议。光绪帝根据这些建议，颁布改革的诏令，主要是：发展经济，保护农工商业，设立农工商局，提倡私人办实业，奖励发明创造改革财政制度，编制国家预算开放言路，鼓励创办报纸，允许士民上书言事精简官僚机构，裁汰冗员改革科举制度，废除八股，北京创办京师大学堂，各省广设学堂，提倡西学，翻译书籍选派出国留学生改革军制，士兵改练洋操。这种改革有利于资本主义的发展，但并未根本改革封建专制制度，甚至为了减少变法的阻力，维新派过去宣传的设议院、开国会、定宪法等主张，在百日维新期间也并未提出过。就是这种不彻底的改良措施，也遭到以慈禧太后为首的顽固势力的反对。早在百日维新之初，慈禧就迫使光绪帝罢免翁同龢，以孤立皇帝。又命自己的亲信荣禄为直隶总督，掌握兵权。百日维新期间，大部分大臣和督抚把变法上谕束之高阁，拒不执行。维新派和守旧派的冲突愈演愈烈。京师盛传守旧派要发动政变，光绪帝屡遭慈禧太后的训斥，处在朝不保夕的危境中。帝党官僚和维新派并无实力，一筹莫展，寄希望于正在小站练兵的袁世凯。光绪帝召见袁，升他为侍郎。谭嗣同夜间访袁，劝他举兵勤王，驱除旧党，支持变法。袁世凯向旧党告密。八月初六，慈禧太后发动政变，囚禁光绪，自己出面训政，废止新政，并下令捉拿康有为、梁启超。康梁逃往日本。谭嗣同、刘光第、杨锐、林旭、杨深秀、康广仁被捕处死。其他维新派和拥护变法的官吏，或被遣戍，或被革职。历时一百零三天的戊戌变法宣告失败。
义和团运动 帝国主义划分势力范围，外国传教士在各地胡作非为，引起了人民大众的激烈反抗。戊戌变法刚刚被镇压，农民和城市下层人民掀起了大规模的反侵略斗争。19世纪末，爆发了义和团运动。
义和团本名义和拳，原是起于山东的烧香拜神、操练拳棒的反清秘密组织。为反对外国侵略，义和拳举起“扶清灭洋”的旗号，改称义和团，并得到地方官吏的某些支持，声势日益浩大。清政府在帝国主义的要求下，撤换了镇压不力的山东地方官，派袁世凯为山东巡抚，屠杀和逮捕义和团。义和团遂向北发展，电线。又渗入天津和北京。光绪二十六年（1900）春夏之交，天津和北京街头上，义和团成群结队，头裹红巾，手执刀矛，公开活动。大街小巷，到处是拳厂和坛场。其他各省也纷纷响应，东北、山西、内蒙古、河南、四川、云南，都有大小规模不等的义和团。以慈禧太后为首的顽固派，因百日维新后在废立光绪问题上与列强存在矛盾，所以承认义和团合法，并采取控制、利用的策略，企图以义和团的刀矛发泄自己的怨怼。
义和团的主要成分是农民、手工业工人，城市居民，尤多青少年，也有妇女参加。它没有统一的组织和领袖，在思想上盲目排外，组织和斗争形式原始落后。他们提出“扶清灭洋”的口号，顺应了民族矛盾尖锐化的形势，但也模糊了对清朝统治者的认识。
当义和团进入北京、天津，帝国主义立即调动军队，进行干涉。英国将军西摩尔率领两千侵略军，从天津租界出发，向北京进攻。但沿路遭到义和团的阻击，被迫退回。接着，英、俄、日、法、德、美、意、奥八国组成联军，强行攻占大沽炮台，正式挑起大规模入侵中国的战争。慈禧太后等出于对洋人不满，遂决定宣战。南方各省督抚抵制宣战，提出东南互保，与帝国主义勾结，维持现存秩序，镇压人民的反侵略斗争，保护帝国主义、封建主义的利益。
面对帝国主义军队的进攻，义和团和清朝爱国官兵进行了英勇抵抗。天津城郊的战斗持续了一个多月，手持刀矛的义和团群众遭屠杀，聂士成等清朝的将领、士兵浴血奋战，以身殉国。八国联军占领天津后，纠集两万兵力，向北京进攻。清朝调集一些勤王军阻截，但抵敌不住侵略联军的凶猛攻势。光绪二十六年七月，八国联军占领北京，慈禧太后带着光绪帝仓皇逃走，前往西安。侵略军分兵四出，占领山海关、张家口、保定、井陉等战略要地，并在京津地区屠杀抢劫。民居商铺被焚烧，户部存银洗劫一空，颐和园的文物、书画、古器被捆载而去，北京城遭到外国侵略军的又一次蹂躏和践踏。
沙俄除了参加八国联军外，竟出动了十多万军队入侵中国东北，烧杀抢掠，占领主要城市，企图并吞东北全境。还制造了惨绝人寰的大屠杀，烧死、杀死在江东六十四屯的中国居民三万人并将居住在海兰泡的七千多中国侨民驱赶入黑龙江，活活淹死。
慈禧太后利用义和团“灭洋”，是为了发泄私愤。但她对义和团始终心存戒惧，在逃跑的路上就急忙发布“剿匪”上谕，命令清军掉转枪口，对准义和团。又催促李鸿章北上，与帝国主义议和乞降。李鸿章和帝国主义签订了《辛丑条约》，主要内容有：赔款四亿五千万两，拆除大沽至北京间的中国炮台，允许各国在北京附近驻兵，设置东交民巷使馆区，禁止中国人民成立或参加任何反帝组织，惩办首祸诸臣。《辛丑条约》使中国下降为列强共管的半殖民地。
帝国主义扩大侵华权益 20世纪初，帝国主义的侵略更加深入。英、美、日相继强迫清政府签订《通商行船条约》，增开商埠，开放内河水道，为外国商品和资本输入中国提供更多的方便条件。帝国主义的争夺更加激烈。八国联军时，沙俄占领东北全境，迟迟不肯撤兵，引起日本和英美的强烈不满。日英结成了同盟，共同对付俄国。光绪三十年（1904）日本和俄国在中国的领土上爆发大战，双方调动六十万大军在沈阳附近会战。而清政府无力干预，竟宣布“局外中立”。战争结果，俄国陆军败退，海军覆灭日俄在美国调停下停战议和，俄国将南满的利益让给了日本而退后北满。此后，日本扩大从沙俄手中夺来的权益，独占南满铁路，扩充旅大租借地。俄国则紧紧抓住北满，以中东铁路为主干，渗透势力于各地。美国提出诺克斯东北铁路“中立化”计划，要由列强共同投资和管理，企图插足于日俄的势力范围内。刚刚经过大战的日本和俄国重新修好，抵制美国势力进入东北。鉴于东北处在日俄瓜分的严重危机下，光绪三十三年清政府宣布废止东北的将军制，改为奉天、吉林、黑龙江三省，设东三省总督和三省巡抚，并企图开矿、设厂、筑路、练兵，以抵制日俄。但当时的清政府已十分腐败，不可能有所作为，东北建省未能抵制日俄势力在东北的日益扩张。