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上任伊始，张百熙便大胆地解雇了京师大学堂所有的洋教习，向外界明白无误地宣示，大学堂将由清廷而非外国人掌管。这一举动多少也是为了先堵住守旧大臣的嘴。尽管北京的外国使节们预感到丁韪良可能不会被续用，因为他已上了年纪，何况还曾在拳乱时尖锐地批评过慈禧太后，可是这么大范围的开除外籍教习却是意料之外。而且很多外国公使之前为了将他们国家的人安排进京师大学堂不知费了多少力气，可以想象这一解聘的消息会引发多么大的震动。张百熙解释说，他是为了节省大学堂的开支才出此对策的。这个理由也成立，毕竟洋教习的薪水之高是不争的事实。丁韪良（在庚子事变中因为藏匿在使馆区而逃过一劫）迫使美国公使介入此事。他提出只有清政府把京师大学堂关闭18个月间的工资发还给他，才肯退休。
许多张百熙任用的官员以及他的幕僚，如沈兆祉、李希圣、张鹤龄、曾广铨和赵从蕃等人，都与戊戌维新时期的重要领袖汪康年过从甚密。根据编书局副总纂罗惇曧的回忆，这些新人在大学堂中位高禄厚，遭到了旧人的嫉恨。另一位被任命的新派人物是大学堂总办、译学院监督于式枚。他曾入李鸿章北洋幕，随访俄、德、法、英、美诸国。当然，最重要的职位还是以前由许景澄和丁韪良共同担任的总教习。与孙家鼐一样，张百熙也想找一位兼通中西的大学者担任此职。严复再次成为首要人选，奈何谮者甚多，张百熙只得放弃，转而任命他为译书局总办。后来张看中了严复的朋友吴汝纶。李鸿章曾任命此人为直隶最负盛名的保定莲池书院院长。
任命吴汝纶的决定将对京师大学堂未来15年的政治与文化身份产生深远的影响。吴汝纶本人是桐城派宗师——“19世纪的散文巨擘”。
他也是古文（“意识形态上基于儒家经典和程朱理学，文辞章法上则浸淫于史家和唐宋古文家朴素多变的文风”
）大家。作为曾国藩和李鸿章的门生，且对清朝极其忠诚，吴因其拒绝利用与曾、李的关系谋取官职而颇有清誉。不过讽刺的是，为了确保吴汝纶得到任命，张百熙不得不先请朝廷赏赐吴五品卿衔。由此，严复和吴汝纶能成为好友，且共同抨击科举的无用与由科举而生的功利思想就不足为奇了。
吴汝纶的桐城派背景（他本人就是安徽桐城人）似乎预示着他不可能支持教育改革，因为在历史上“桐城派就是‘以时文（八股文）为古文’成功的典范”，更不用说它与清廷、宋学以及科举之间本来就有很密切的关系。
不过在保存桐城派、避免其与其他门派相融合这件事上，主要是吴汝纶的经世派老师曾国藩的功劳。
吴在1860年代被引荐给曾国藩，随后便入其在南京的幕府。1869年曾国藩就任直隶总督后，吴亦为其幕僚。曾国藩去世后，吴旋入李鸿章幕。虽然吴是以其古文成就著称的，但作为曾、李的门生，他对于推广西学非常重视（以至于拳匪攻击了他所在的莲池书院并要置他于死地），并在戊戌维新时期大力支持清廷的教育改革政策。他与李鸿章的密切关系似乎也使之成为慈禧眼中可以接受的总教习人选。
倡导桐城派古文的同时并不妨碍他在政治上持改革的立场。确实，他认为西方的思想应该用最明白晓畅、语义精准的散文式语言翻译出来，而桐城派散文便是最好的形式。吴汝纶最终接受了总教习的职位，但他要求在上任之前“东游日本，考察学务”。
多年来，他一直主张停八股废科举，聘用日本教习（因为他认为日本教习水平既高，薪水却较西人为低）。1901年，在李鸿章和袁世凯的支持下，吴汝纶帮助其学生、日本教育家中岛裁之在北京开设了东文学社，这是中国历史上第一所由日本人开设的中学。张百熙同意吴汝纶去日本取经。1902年6月，吴汝纶抵达长崎开始了一段日后将会广为人知的为期4个月的考察访问。除了与文部省大臣和东京大学校长会面之外，吴汝纶还获得明治天皇的破例召见。他将访问的成果整理成一部汇报文稿——《东游丛录》。这部书极大地增进了中国人对日本学校的了解，为中国接下来的全盘采纳日本教育模式铺平了道路。
如前所述，张百熙聘请严复充任京师大学堂北京译书局的总办。在那之前，严复曾向刚上任的张百熙谏言如何办好大学，并建议辞退丁韪良。严复与吴汝纶一样，也属于桐城派，且与李鸿章关系密切。严与吴均认同西学，尤其是社会达尔文主义。严很推崇吴在古文和西学方面的造诣。严曾多次就如何才能更好地提高翻译水准向吴请教。他还曾请吴为自己的多部译著作序，其中就有《天演论》。这本书翻译自赫胥黎的《进化论与伦理学》，对后世影响甚大。
张百熙也聘请林纾为译书局副总办。林常被误认为出自吴汝纶门下。在京师大学堂任职期间，林纾最初在译书局，后来转任教员。他逐渐成为了近代中国历史上最高产的翻译家之一。虽然新文化运动的领袖们后来都指责他，但是他们大都受到了林译小说的影响。林纾是“中国小说转向以西方为本位的典范转移”的始作俑者，“小说在中国由士人不屑的‘小道’而被提上台面，也是林氏的功劳”。
在他成为京师大学堂的教员之后，林纾与吴汝纶的多位门生关系密切，比如桐城人马其昶及其妹夫姚永朴、姚永概兄弟（桐城大家姚莹之孙，桐城派开山祖师姚鼐之后）。清末民初，北京大学的文科被桐城派的林纾、姚氏兄弟、马其昶以及郭立山所把持，旧的正统依然未倒。此时桐城派的两个主要对手今文经学和汉学尚未有能力与之抗衡。
虽说张百熙任命吴汝纶为总教习这件事对于京师大学堂意义深远，但是吴汝纶回国后不久便在1903年去世了，因而他实际上根本没有在大学堂履职。
张百熙只得改命阳湖派（桐城派的一个流派）大家张鹤龄（江苏人）任总教习。
然而位列张鹤龄之下的两个重要职务都是由日本人担任的。这就表明吴汝纶之前的想法依旧在发生作用。不仅如此，这也预示着在今后整整十年里，大学堂乃至整个中国都将深受日本的影响。德国哈雷大学（University of Halle）法学博士、京都大学法学教授岩谷孙藏被任命为仕学馆总教习。岩谷的密友，毕业于东京大学法律系的杉荣三郎也在京师大学堂任教，从而增强了岩谷的影响力。还有一位日本人，即日本东京大学的中国哲学博士服部宇之吉，曾在柏林大学深造，后来成为东京大学的全职教授。他被中国政府聘来为京师大学堂建立一所新的师范馆。从1903到1906年，共有超过9位日本人被聘为教习，且大部分在自然科学部。吴汝纶在日本访问期间雇佣的岩谷孙藏和服部宇之吉将在接下来的七年里发挥特别重要的作用。
服部宇之吉第一次来北京（1899年）是以学生的身份（虽然那时他已经是东京大学的一名助教了）。作为中国哲学方面的专家，他认为这是一个非常令人激动的机会。但是当义和团进入北京之后，这位年轻的学者连同其他六十名日本人一起，被困在了使馆区，渡过了整个煎熬的夏天。不必说，这一经历肯定给他留下了负面的印象，因而他才会在日后断言中国需要日本的指引。当收到日本文部省电报，询问他是否愿意返回北京，并在恢复的京师大学堂中领导师范馆时，服部正在柏林大学与德国的汉学家一起工作。
张百熙也聘请了几名曾留学日本的中国人担任教习。其中就有日后的教育总长范源濂，以及在五四运动中被认为是北京政府亲日派领袖的章宗祥和陆宗舆。这些人同样也扩大了日本在京师大学堂中的影响力，无形中带动了学生赴日深造的热情。范源濂和其他几名中国人为一些中文说得不流利的日本教习如服部宇之吉等担任翻译。
其他一些曾留学欧美的中国人也被聘来担任学校中教授外语的少部分欧洲教习的翻译。这其中包括：曾在伦敦和巴黎使馆工作过的佛学大师杨文会；留学日本和欧美，后来建立中国社会党的江亢虎；在苏格兰和德国受教育，为张之洞幕僚客卿二十余年的马来华人辜鸿铭；曾以随员身份出访英俄的地图学家邹代钧。他们或做翻译或为教习。中国教习中知名的有历史学家、地理学家屠寄，经学家孙诒让和王舟瑶。
京师大学堂如此重视日本人，一方面说明西学在中国备受关注，另一方面也间接地表明，这些日本人已习惯于将西方概念用东方语言表达出来。这也是日本学者对清政府有很大吸引力的一个重要因素。葆拉·哈勒尔（Paula Harrell）认为岩谷孙藏和服部宇之吉是日本知识分子中非常具有世界眼光的两个人。他们也是进步的思想家，并认为自己是现代性的使徒。抵达北京后不久，服部宇之吉就安排直言敢谏的日本女权主义者下田歌子觐见慈禧太后，希望能说服她允许开办女子教育，这也是服部事业的一部分。此外，服部的妻子、下田歌子的学生服部繁子同样为中国的女权运动做出了贡献——在她的安排下，负有革命精神的女权主义者秋瑾进入了下田歌子在东京的实践女学校学习。
然而，他们这一代人的世界主义精神也是打了折扣的。他们处心积虑地认为日本负有带领亚洲走向现代化的天然使命。1904年服部宇之吉在日本期刊《教育界》上发表了一篇文章，从中我们就能看出他在要求日本扩大对华影响时是多么富有侵略性。文中犀利地提醒日本教育界领袖，应当有意识地与野心勃勃的西方列强竞争对京师大学堂的影响力。
尽管我并没有看到京师大学堂中因日本势力的增长而出现紧张气氛的直接证据，但是中日关系在这一时期确实已阴云密布。很多年后，服部宇之吉批评他的一些日本同胞对待中国人态度傲慢。面对明治日本的迅速现代化，中国人当然为之瞠目，但是同时也对日本的帝国主义和民族文化优越感十分警觉。当时的留日学生经常要忍受来自日本民众的侮辱和轻视。正如贾祖麟所述：“他们发现自己常常被讥为下里巴人——边走边吃，用手擦鼻子而不用手绢，喜欢穿不伦不类的中日混搭服装。”这也难怪大部分留日学生都是带着强烈的反日情绪回国的。