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关于北洋政府参加一战问题，过去学界评价不高，多认为中国虽宣布参战，实则对外宣而不战，对内战而不宣，推行武力统一。近年研究则认为，北洋政府既希望通过参战获得战后处分权这一长期利益，还希望获得延付庚款、提高关税等现实利益，战后这些要求也得到了一定程度的满足，标志着中国外交政策从消极到积极的转变。
1914年8月初，欧洲演成全面大战。8月3日，北京政府外交部通告各国：不得在中国领土、领海及租借地交战。6日，大总统公布局外中立条规，声明中国严守中立。日本则借口“英日同盟”，于15日对德国发出最后通牒，要求其一周内撤退在日本及中国海上一切军舰，并将胶州湾租借地无代价交付日本，日后交还中国。北京政府曾与德国交涉直接将胶州湾租借地归还中国，或交中立国美国代管，以避免战争，可惜未能成功。
8月23日，日本对德宣战。9月2日，日军登陆龙口。3日，北京政府外交部照会各国，声明在龙口、莱州及连接胶州湾附近各地方，为各交战国军队必须行用之地点，本政府不负完全中立之责任。日军则不顾中国划定区域，径自认定胶济铁路为胶州湾租借地之延伸，占据潍县车站，破坏中国中立，进而一路占领直抵济南车站，北京外交部向日使提出抗议。11月7日，日军占领青岛，战事结束。12月，中国政府向日使声明取消山东战区，要求退兵，日本反而提出“二十一条”要求。北洋政府经过艰苦交涉后，被迫签署《民四条约》，日本取得原德国在山东的权益。
“二十一条”交涉后，外交总长陆徵祥即向袁世凯建议：唯有参战，取得参加战后和会资格，才有挽回《民四条约》中丧失的山东权利的可能。但因日本阻挠，中国本身内部则因帝制而起动乱，此议暂时作罢。待袁氏称帝失败身亡，日本在华势力更加扩张。北京政府亟思有所突破，乃积极寻求参加欧战机会，以摆脱《民四条约》束缚，除“保和会准备会”不断开会讨论如何参战外，有人主张“以工代兵”，争取列强支持。
1917年，美国以德国无限制潜艇政策违反国际航海自由，造成美国轮船被击沉，宣布对德绝交，并邀请各中立国一同行动。协约各国提出许多优厚条件，劝诱中国参战。日本原来反对中国参战，待袁氏死后大敌已除，又得英、法保证支持日本战时所得成果，乃改为支持中国参战，欲乘机进一步控制中国。
3月14日，北京政府宣布断绝对德外交关系，仍按照国际公法及惯例，尊重两国现行一般条约，对德人在华之合法权益，给予合理之照顾。但在讨论是否对德宣战问题时，争执甚大。总理段祺瑞及梁启超等力主参战，梁氏主张效法萨丁尼亚加入克里米亚战争，以提高国际地位。他认为“从积极进取方面言之，非乘此时有所自表现，不足以奋进以求厕身于国际团体之林；从消极维持现状言之，非与周遭关系密切之国同其利害，不复能蒙均势之庇”。“研究系”也认为，参战得列席和会，我国必有容喙之地，若不得列席，则俎上之肉，任人宰割。段祺瑞则欲以参战为名扩张皖系势力，实行武力统一。大总统黎元洪及国会议员、孙中山等，多以事不关己反对参战，实则担心皖系扩张势力。两派争执不休。国会反对参战，并罢免段祺瑞总理职。段氏下野后，皖系督军纷纷宣布独立，声讨北京政府。黎元洪召张勋入京调解，张氏则乘机遂其复兴清室之宿愿，率军入京，解散国会，拥宣统复辟。黎氏下野前恢复段祺瑞总理职，命其讨伐张勋。段氏原不欲出，在梁启超劝说下，誓师讨伐，张勋复辟失败。共和恢复后，副总统冯国璋任总统，段祺瑞掌实权，拒绝重开国会，另行改选所谓“安福国会”。孙中山对段氏破坏法统不满，率旧国会议员南下广州集会，成立军政府，宣布护法，中国南北分裂。
8月14日大总统明令对德、奥进入战争状态，宣称中国遵守海牙各公约，以文明国家之姿加入协约国团体。参战后，中国宣布废止德、奥条约特权，收回租界，将德、奥侨民纳入管辖，并得列强承诺：关税切实值百抽五，军队可入天津、大沽等。中国宣战后之义务，对外应出兵欧洲助战，对内应铲除德国在华势力。但北京政府忙于武力统一，并未善尽参战义务，对外未曾派兵赴欧参战，只有大批华工应募到欧洲战地工作；对内在协约各国公使监督下，北京政府除废止中德、中奥间条约、合同及协约外，更进一步颁布《处置敌国人民条规》、《禁止与敌国通商条例》等，规定在华德侨须向地方官厅登录，在中国各机关任职之德、奥人员一并解职，对德赔款债款均停止还本付息，设立俘虏收容所收容德、奥使馆卫队及德船水兵、驻各省军事人员。在处置德侨私产方面，颁布《处置敌国人民条规》，将敌产查封或保管，必要时可清理变卖。并依此办法，收管了德华银行、井陉煤矿、西门子洋行、美最时洋行等，以及大批德国在华企业的产业房舍。
中国参战后，北京政府向日本大借所谓“西原借款”，用以编练参战军，日本则利用借款保障与扩展日本在华利益，借中日经济提携建立日本领导的东亚自给圈。过去学界因北京政府与日本签署《共同防敌军事协定》，并大举借款，损失不少利权，而段祺瑞编练之参战军却只从事内战，对参战多持负面评价。然而近年的研究显示，北京政府绝非日本傀儡，在防敌协定掩护下出兵海参崴、中东路及外蒙古，在外交上颇有斩获。派遣华工赴欧，更加强了中国参与战后和会的地位。