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光绪皇帝对李端棻的奏折印象深刻。他随即将其转给了总理衙门（“着该衙门议奏”）。总理衙门（在讨论之后）又将奏议发给了管理书局大臣孙家鼐，要求其设计出一套切实可行的方案。
与李端棻一样，孙家鼐也认为现有的西式学堂无裨大局。“福州之船政学堂、江南制造局学堂及南北洋水师武备各学堂，皆囿于一才一艺，即稍有成就，多不明大体。”
耐人寻味的是，孙家鼐暗示，教育改革要求抛弃中国旧有的读书治学之法（“苟仅援前此官学义学之例，师徒授受以经义帖括，猎取科名，亦复何裨大局？……此中国旧设之学堂，不能仿照办理也”），应该将各种西学科目统一在一个知识体系框架之内，而非将其孤立为一个一个的专门学校。为此，孙家鼐提出应当建立一所新大学，融汇目前分散在专门学校中的西学。通过所提供的课程，这所新大学将大胆地表明西学除了实用技术之外，还包括政府管理学、法学和历史学等等。
士人在筹建京师大学堂的运动中对西学态度的改变，至少反映出中国思想史上的两个重大变化。首先，大学的理念是建立在这样一种预设之上，即西学有西学之“体用”，掌握西学之“体”才能掌握西学之“用”。同等重要的是，那些倡导京师大学堂的人寻求将这样的西学与依旧被他们视为“体”的中学相调和。孙家鼐在1896年以日本作为反面教材时说：“中国五千年来，圣神相继，政教昌明，决不能如日本之舍己芸人，尽弃其学而学西法。”
孙家鼐及其同道都认为西学也有类似于“体”的概念，但是它可以与更加本质的中学之“体”相融合，形成一个全新的文明。
从这个意义上讲，创立京师大学堂的运动反映了一个思想转变，即对知识的整体性和一致性的认知是不断扩充的。京师大学堂将会是一种新型的机构，“总古今，包中外”，进而“含宏光大”，“并包六合之机”。
尽管京师大学堂是危机的产物，但它仍显示出极大的思想野心——既然大学堂必须要建，那就要建成一所伟大的学校。因此，那些为京师大学堂四处游说的人既自信又不安。从他们对京师大学堂的期望中也能看出这一点。他们把大学堂视为一座丰碑——将会把中学庄严神圣地载入新的知识体系之中，并向世界宣布中国已经步入现代世界。
尽管他们强烈谴责腐朽的北京官场，但仍认为大学堂应该设在京师。这不仅反映了他们信奉的是在政治和文化上均保持中央集权的王朝理念，也表明他们相信自己能说服清廷，使其停止将教育创新从首都剥离的举动。改革者指出，西方列强和日本都在首都设立了大学，如果中国也这么做，那将会向世界释放一个重要信号：中国对于新思想持开放的态度。与清朝的改革者有着密切联系的美国传教士李佳白，在这一点上很直接地说：“立总学堂于京师，不但能扩众人之才智，尊朝廷之体统已也，亦可扬国家之声名……若总学堂既设，由中及外，由近及远，人才辈出，国势日强，西国将尊之、敬之、爱之、畏之之不暇，安有轻视哉？”
孙家鼐也强调了将大学堂的选址定在首都中心的重要性，因为在这里它可以作为一国文化成就之象征。
泰西各国，使署密迩，闻中国创立学校，亦将相率来游，若湫溢不堪，适贻外人笑柄。拟于京师适中之地，择觅旷地，或购民房，创建学堂，以崇体制。
在描绘了这幅图景之后，孙家鼐转向课程设置的问题。在他1896年为京师大学堂提出的总指导方针当中，对于如何实行经典的“体用”论（1898年张之洞在《劝学篇》中有详细的阐释）给出了建议：“今中国京师创立大学堂，自应以中学为主，西学为辅；中学为体，西学为用；中学有未备者，以西学补之；中学有失传者，以西学还之。以中学包罗西学，不能以西学凌驾中学。”
毫无疑问，孙氏认为这可以充当挡箭牌，免得那些保守派攻击他质疑中学的优越性。
尽管如此，孙家鼐的课程设置办法明确地表明了在多大程度上,19世纪末的中国知识界允许——至少在形式上——西学进入到他们的思想世界中。孙家鼐提议将学问分为十科，其中多数属于保守派所称的西学范畴。虽然仍会有一个研究道学的“道学科”，但是其他科基本都是关于研究西方、西学或者那些虽然是中国旧有的科目却不曾在大学中讲授过的。他草拟的分科清单如下：“一曰天学科，算学附焉；二曰地学科，矿学附焉；三曰道学科，各教源流附焉；四曰政学科，西国政治及律例附焉；五曰文学科，各国语言文字附焉；六曰武学科，水师附焉；七曰农学科，种植水利附焉；八曰工学科，制造格致各学附焉；九曰商学科，轮舟铁路电报附焉；十曰医学科，地产植物各化学附焉。”
虽然西学在课程中占有绝对的主导地位，但孙氏仍坚称可以通过以下几个方面确保学堂以中学为“体”。首先，“大学堂内应延聘中西总教习各二人”，中国教习应当“学问渊深，通达中外大势者，虽不通西文可也”；外国教习则“须深通西学，兼识华文”。至于学生，应当从兼习中学与西学的人才中进行选拔。最初，学生至少是从同文馆或其他现代官办学堂中调取的。孙家鼐规定应优先录取那些精通中学粗通西学的学生。这样一来，在师生中，相比西学而言，中学都占据了更重要的位置；中学必须精通，而西学则不求精通。
在孙家鼐的计划中，大学堂应致力于为朝廷培养人才，其毕业生将“学而优则仕”。从这里毕业的学生在获得荣耀的同时肩负起国家的重任。他们的才华也不会被浪费。换句话说，当更激进的改革者认为科举制度应当被现代西式学校体系所取代时，孙家鼐寻求的则是创建一个使科举与现代大学能够共存的体系。
光绪皇帝十分支持孙家鼐1896年的方案，但是朝廷里一批守旧官吏如恭亲王和满族军机大臣刚毅等都主张暂缓办理，于是筹办京师大学堂的计划就被暂时搁置。为了迟滞大学堂的建立，他们还从与意识形态无关的办学经费上找借口——他们认为大学堂靡费太甚。
在首都遭遇的挫折使得热心支持教育改革的人将注意力转向京师以外的地方——谭嗣同和梁启超等人于1897年在湖南创办了时务学堂，不过他们仍在关注北京的局势。与此同时，仍有人在为京师大学堂奔走。例如在1897年，曾于1880年代在日本住了6年的姚文栋写道：“东西洋各国都城，皆有大学堂，为人材总汇之所，每年用费至二三十万之多……今中国一时未能遍设乡学，先设大学堂于京师，亦可树之风声。”
1898年初，改革之势形成了。6月，当光绪皇帝前往天安门发起后人所称的“百日维新”时，他以斩钉截铁的语言明确了京师大学堂的重要性：
嗣后中外大小诸臣，自王公以及士庶，各宜努力向上，发愤为雄，以圣贤义理之学，植其根本，又须博采西学之切于时务者……京师大学堂为各行省之倡，尤应首先举办。
光绪帝及其帝党成员都认为大学堂是全面改革过程中至关重要的一环。在起草6月11日的皇帝诏书时，军机大臣翁同龢煞费苦心地向守旧官员保证京师大学堂的课程是基于“圣贤义理之学”。确认无误后，慈禧太后也给予了支持。此后，中国经历了一场爆炸式的推崇新式教育的浪潮。1898年的前5个月中有14所西式学堂成立，但在维新运动的那个夏天一下就出现了106所，此后新式学校的数量保持了快速增长，人们对教会学校的兴趣也是有增无减。