段祺瑞遇上袁世凯，如鱼得水，尽力为之效力。

袁世凯也对他倍加重用，先后任命他为常备军第三镇翼长、第四镇统制、第三镇统制、北洋武备学堂监督、保定军官学校总办、第六镇统制等。

此外，袁世凯还把义女张佩蘅嫁给段祺瑞作续配夫人，这样，袁、段的关系又更深入了一层。

1911年10月，武昌起义爆发，清政府被迫起用被开缺回籍的袁世凯。

段祺瑞被任命为湖广总督，统领湖北前线各军，协助袁世凯向革命党人不断施加压力，并胁迫清帝退位，使袁世凯当上了中华民国临时大总统，段祺瑞也被任命为陆军总长。

1913年7月，段祺瑞还曾担任代理国务总理。

袁世凯当上民国总统以后，精力分散，无暇专管军事。

&ldo;北洋三杰&rdo;中的王士珍退隐正定，安于山林生活；冯国璋在镇压&ldo;二次革命&rdo;后外调南京，任江苏都督，在中央长期任陆军总长兼总统府军事处长的则是段祺瑞。

随着职务的提高和权力的增长，段祺瑞已不甘对袁世凯俯首听命，更不愿当一个有名无实的陆军总长，因此，对一些大事，他往往擅自决定，并在军中培养自己的势力，他的亲信学生和部属，如除树铮、靳云鹏、傅良佐、吴光新、曲同丰等，都担任了要职，在陆军中隐然自成派系。

其中徐树铮（江苏萧县人，1880年生），是他的得意学生，长期在他手下任职，1914年迁陆军部次长，成为他的重要助手和智囊，被称为段祺瑞的&ldo;灵魂&rdo;。

对段祺瑞执掌军权，实力膨胀，袁世凯深有疑虑，但当时他正准备恢复帝制，不得不依仗段祺瑞。

袁世凯长子袁克定热衷于实行帝制，希望能当上皇太子及皇位的继承人，他托阮忠枢去游说段祺瑞，想让段祺瑞率北洋将领来一次联名通电，拥袁称帝，不料被段祺瑞一口回绝。

袁世凯得知此事，当然对段祺瑞更加忌恨，决定逐步夺回他的兵权。

1914年5月，袁世凯听从袁克定的献计，成立了陆海军大元帅统率办事处，硬把正隐居正定的王士珍请出担任办事处坐办。

陆军总长、海军总长、参谋总长及大元帅所派高级军官，均为该处办事员，须每日到府办公。

如此一来，陆军部名存实亡，总长段祺瑞退为办事员，袁世凯把全国兵权又总揽手中。

1914年10月，袁世凯又建立陆军混成模范团，作为自己的亲军，以进一步加强军事集权，逐步把段祺瑞的势力排挤出去。

模范团团长开始由袁世凯自兼，为了提高袁克定在军中的威望（袁克定因骑马坠地而成了跛子），到第二期便把团长职务让给了袁克定。

1915年，袁世凯加快复辟帝制，更极力排斥段祺瑞，经常说他气色不好，想是有病，应当休息。

段祺瑞无奈，只好以&ldo;养病&rdo;为名避居西山，不久又提出辞呈。

袁世凯假意挽留，到了5月，下令派王士珍署理陆军总长；6月，借故免去徐树铮陆军次长的职务；8月29日，袁世凯正式批准解除段祺瑞陆军总长的职务，由王士珍继任。

段祺瑞被解职后，袁世凯复辟帝制，终于当上洪宪皇帝，但是遭到全国人民的愤怒声讨。

云南护国军兴，各省纷纷独立，袁世凯很快陷入众叛亲离，岌岌可危的困境。

袁世凯打算请出段祺瑞，替他应付局面。

他先任命徐树铮为将军府事务厅厅长，借以讨好段祺瑞，然后再请段出山。

但是，段祺瑞却以&ldo;宿疾未痊&rdo;，拒不受命的做法。

袁世凯不得已，最后放弃帝位，再亲笔写信请出段祺瑞，委以参谋总长，后又委以国务卿，希望他帮助自己维持总统的职位。

但是袁世凯紧握军权及用人权不放，段祺瑞不过是个有名无实的政治傀儡，他当然不肯为袁世凯效死力。

1916年5月下旬及6月初，袁世凯因忧愤病生。

6月5日，袁世凯自知死期将至，传命徐世昌、段祺瑞、王士珍及表弟张镇芳、长子袁克定等到病榻旁交待后事。

徐世昌问及总统继任人，袁世凯只说出&ldo;约法&rdo;二字。

袁克定急忙追问：&ldo;金匮石屋？&rdo;袁世凯此时只能把头微微一动，似表示同意。

原来南京临时政府颁布的约法，规定总统不能行使职权时，由副总统继任。

这个约法已被袁世凯下命废止，另搞一个新约法，关于继任总统的人选，规定由现任总统提名三人，写于嘉禾金简，藏于金匮石屋，待总统死后取出，从中选定一人为总统。

袁克定所问的&ldo;金匮石屋&rdo;，显然指袁记约法所规定的做法。

6月6日，袁世凯死后，大家打开金匮石屋，见嘉禾金简上写着黎元洪、段祺瑞、徐世昌三人的名字。

据后人透露，袁世凯是在几天前将袁克定的名字换上段祺瑞，因为他意识到不会有人推举和辅佐自己的儿子当总统的，害得袁克定白做了一场黄粱美梦。

名单找了出来，究竟应选谁继任总统？老于世故的徐世昌当然不便也不会推举自己，并认为在这个时候段祺瑞也不是合适人选，最好让北洋派及护国军都能接受的副总统黎元洪继任，利用他来收拾残局。

徐世昌的主张一提出，段祺瑞也不便再说什么，表示同意。

段祺瑞并不是不想当总统，他是意识到自己的威望和实力还不足，如果由他继任总统，必然会招惹冯国璋的忌恨和争斗，以及西南护国军的反对，不如把手无寸铁的黎元洪扶在傀儡总统的位置，自己以内阁总理的身份独揽大权，利用责任内阁之名，行军事独裁之实，这是他同意推举黎元洪为总统的主要原因。