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中国的革命形势，继续白云苍狗般急剧变幻。宣统三年九月二十三日（1911年11月13日），已蛰居河南乡下多时的野心家袁世凯再度出山，抵达北京，九月二十六日组织新内阁。周自齐署左丞，为外务部第三号人物。由于度支部副大臣陈锦涛“叛逃南方”，此年十月（12月）周自齐升任度支部副大臣。1912年1月1日，孙中山在南京宣誓就任中华民国临时大总统。3月，袁世凯提名唐绍仪为国务总理。3月30日，宣统皇帝退位，清朝完结。4月孙中山辞职，临时参议院推举袁世凯接任临时大总统。
待北京局势甫一稳定，清华学堂即在国内各大报纸上发布通告，宣布恢复上课。5月1日，清华学堂重新开课，返校学生仅360人。临时政府外交部宣布裁撤游美学务处，清华学堂划归外交部。此前，周自齐已出任山东都督兼民政长；范源濂则自唐绍仪内阁之教育次长升任陆征祥内阁之教育总长。9月，范源濂继任赵秉均内阁之教育总长。10月，根据教育部《普通教育暂行办法》，清华学堂改称清华学校，仍为留美预备学校性质，监督改称校长。唐国安任清华学校第一任校长，周诒春（1883—1958，祖籍安徽休宁，生于湖北汉口）为副校长兼教务长。自此清华进入清华学校时期，至1928年改为国立清华大学，前后凡17年。
唐国安，字介臣，今广东珠海人。同治十三年（1874）被曾国藩选送为第三批留美幼童官费生赴美国留学。光绪六年（1880）考入耶鲁大学法律系。因清政府中断留学计划而回国，后任上海《南方报》英文版主笔。光绪十三年（1887）任外务部司员。宣统元年（1909）二月被任命为中国代表团专员代表，参加上海首届万国禁烟会议。宣统二年（1910）正式担任外务部考工司主事，主持1910、1911年留美生考试。宣统三年（1911）参加海牙第二届万国禁烟会议。
由于辛亥革命爆发后影响课程教学，1912年中华民国政府又无力支付赔款，因此也就没有所谓“退款”，清华再无钱资送学生留洋。清华学校重新开学后，原计划这年留洋的高等科三年级学生延期至1913年出国，共有16人。著名化工专家侯德榜即属于这一级。
1912年，诗人吴芳吉（1896—1932，祖籍四川江津，生于重庆，1910年末入北京清华留美预科学校），因抗议校方，被开除。当时，清华的美方教员势力很大。这些教员多是女性，在本国很难找到工作，经人推介而来到中国。她们的薪水反远较中国教员为高，住的也是校内最好的房子。这种情形，在辛亥以后并无转变。吴芳吉被推为学生代表之一，他用横幅长条竹纸书写自撰的《讨校长檄》，全仿唐朝骆宾王《讨武曌檄》，署名张贴在中等科食堂门外的墙壁上，一连多日。这次风潮，其他代表都各怀鬼胎，惟有吴芳吉一人性急如火，而又全心投入。故此后来事情平息以后，独有他一人被开除，其他被开除之代表到校长那儿悔了过后，均恢复了学籍。
1913年春，清华学校将相邻的“四爷园”近春园并入；近春园西隅的“长春园”（旧名水磨村，属圆明园边沿）等邻近地界亦并入，合计达680余亩。清华既有充裕的经费，又得景致幽美的园林作为校园，学习环境得天独厚。
值得一提的是，此年3月，清华曾派选手参加在菲律宾首都马尼拉市举行的第一届远东运动会，开我国学校参加国际竞技之先河。
唐国安尽心尽力地想把学校办好，不料竟很快病逝于校内寓邸，临终前将自己的藏书全部献给清华学校图书馆，并推荐周诒春继任校长。对于唐国安，陈鹤琴回忆道：
“他是一个基督徒，待人非常恳挚，办事非常热心，视学生如子弟，看同事如朋友。可惜做不了久，他得病去世了。我们都觉得很悲痛，好像失掉了一位可爱的慈母。”
清华学校是外交部管辖下的独立于教育系统之外的一所留美预备学校。改名之后，其办学模式完全仿效美国。学校设西学部和国文部，其课程设置、教材、教学法乃至课外活动，深受英美式“自由教育”（又称“通才教育”）影响，强调科学教育。学制分中等、高等两科，各为4年。中等科为高等科之预备，高等科毕业生全部资送赴美留学，插入美国大学二、三年级学习。其后，派遣留美生的数量逐渐增加。
清华学校以“要求严、外语好、体育好”而著称。严格的学习和生活管理，有声有色的课外活动，各种会社团体与出版物如雨后春笋，学生勤勉朴实已蔚然成风。严谨的教学、频繁的考试、苛严的计分、很高的淘汰率，以及出洋的前途，促使学生们用功读书。如在1911—1921年间，学校共招收1500名学生，除在校学习的383人外，毕业的只有636人；而历年被开除的有301人、退学的135人，算上死亡的45人，淘汰率高达32%。在1959年公布的中科院学部委员中，清华这一时期学生达28人之多，如马寅初（1882—1982，浙江嵊县人）、梁思成（1901—1972，祖籍广东新会，生于日本东京，梁启超之子）、竺可桢、金岳霖等大师。
周诒春，祖籍安徽休宁，生于湖北汉口。1907年毕业于上海圣约翰大学，1912年任南京临时政府外交部秘书。他在主政清华期间，卓有成效地实行了一系列方针，使学校生机勃勃地成长起来。
他极力提倡德、智、体三育并举，推行“造就完全人格之教育”（或称“德育教育”），鼓励学生全面发展，提高综合素质，成为适应现代社会的国家公民。对于德育，学校总的出发点是：“盖以学校教育之精神，不徒在教授生徒以高深之学理，亦当养成其高尚之德性。”“提倡德育，端品励学，增进其自治之基。”希望学生有强健的体魄，所以对于学生体育特别重视。除平日积极提倡外，当学生毕业前，必须通过最低标准之5项运动（游泳、百码、跳高、跳远、掷铁球）；如有任何一项不及格，即扣发毕业文凭，取消出洋资格。自1913至1925年间12次华北运动会，清华7次获得团体第一名。
周诒春曾推行著名的“强迫运动”：每天下午4时至5时为运动时间，图书馆、教室、宿舍一律锁门，学生都必须到户外操场或体育馆内去锻炼。1916年秋，为增强学生体魄、锻炼尚武精神，学校组织成立兵操训练营，并聘请美国陆军学校毕业生李寰伟为兵操营长兼教官。李寰伟把学生编入兵操训练营，设有营、连、排建制。学校还为兵操营定制军服、军靴和操练枪，并建立军乐队。此时尚缺少一面军旗。1916年12月28日《清华周刊》的消息称：“兵操军旗式现已绘定。旗系紫色，中间置白色圆圈，内有‘自强不息，厚德载物’8个字。圈下绘枪两支，亦系白色。光彩夺目，颇壮观瞻。”
1915年，14岁的梁实秋考入清华学校中等科，8年后赴美留学。对于清华的体育活动，梁实秋亲切而生动地回忆道：
“清华对于运动夙来热心。校际球类比赛如获胜利，照例翌日放假一天，鼓舞的力量很大。跻身于校队，则享有特殊伙食以维持其体力，名之为‘训练桌’，同学为之侧目。记得有一年上海南洋大学足球队北征，清华严阵以待。那一天朔风刺骨，围观的人个个打哆嗦而手心出汗。清华大胜，以中锋徐仲良、半右锋关颂韬最为出色。徐仲良脚下劲足，射门时球应声入网，其疾如矢。关颂韬最善盘球，左冲右突不离身，三两个人和他抢都奈何不了他。其他的队员如陆懋德、华秀升（1895—1954，蒙古族，云南通海人）、姚醒黄、孟继懋（1897—1980，天津人）、李汝祺（1895—1991，天津人）等均能称职。生平看足球比赛，紧张刺激以此为最。……”
早在1911年，清华学堂于初创时，就提出“以进德修业、自强不息为教育之方针”（《清华学堂章程》）。为加强学生训育，清华经常请名人来校做演讲，杜威、罗素、泰戈尔、梁启超、蔡元培、李大钊、陈毅、颜惠庆等国内外各界名人均曾来校演讲，校园内辩论风气亦非常盛行。
1914年11月5日，当时正在清华工字厅后部的西客厅“赁馆著书”的近代著名国学大师、资产阶级启蒙宣传家梁启超（1873—1929，广东新会人），应周诒春邀请来到同方部向学生们演讲。
此日，天气甚为晴朗。清华园地处郊区，天空就显得更为明净。但时候已是初冬，带着几分肃杀之气。梁整整衣裳，走上讲台，以《君子》为题演讲，勉励清华学子异日出膺大任，挽既倒之狂澜，做中流之砥柱。他的国语带有一点广东方言，但是铿锵有力，一字一句地传到了大家的耳里。他说：
“……乾象曰：‘天行健，君子以自强不息’。坤象曰：‘地势坤，君子以厚德载物’。……乾象言，君子自励犹天之运行不息，不得有一暴十寒之弊。……坤象言，君子接物，度量宽厚，犹大地之博，无所不载。……清华学子，荟中西之鸿儒，集四方之俊秀，为师为友，相蹉相磨，他年遨游海外，吸收新文明，改良我社会，促进我政治，所谓君子人者，非清华学子，行将焉属？……”
初等科学生闻一多（1899—1946，湖北浠水人）当时就在听讲的人群之中。他从小时候起，就爱读梁启超的文章。他考入清华时，主要原因就是他的文章是梁氏风格的“新民体”，写得很好，为主考官员所赏识。所以，尽管他的其它科目平平，结果还是被录取。此时，见到自己所崇拜的梁任公作演讲，他的心情非常激动。
这次演讲以后，清华便确定以“自强不息，厚德载物”作为校训，制定校徽，1917年大礼堂竣工后即以巨徽嵌于正额，并一直沿用至今，影响无比深远，激励着一代又一代清华人把自己的命运同祖国的命运紧密结合起来，为中华民族的伟大复兴而奋斗不止。清华校友、北大哲学系教授张岱年（1909－2004，河北献县人），甚至把中华民族的精神亦概括为“自强不息”与“厚德载物”。
清华的生活不是寡然无味，而是多彩多姿的。陈鹤琴回忆道：
“课外活动，周校长是非常热心提倡的。他素来不主张我们读死书。所以我们的课外活动就蓬蓬勃勃油然开展了。甚么辩论会、演说比赛，甚么足球比赛、篮球比赛，甚么化装表演，甚么音乐会，像雨后春笋般产生了。我们毕业的时候，还表演一出《威尼斯商人》呢！”
对于日常生活，梁实秋亦兴致盎然地回忆道：
“……清华园以西是一片榛莽未除的荒地，也有围墙圈起，中间有一小土山耸立，我们称之为西园。小河经过处有一豁口，可以走进沿墙巡视一周，只见一片片的‘萑苇被渚，蓼苹抽涯’，好像是置身于陶然亭畔。有一回我同翟桓赴西园闲步，水闸处闻泼剌声，俯视之有大鱼盈尺在石坂上翻跃，乃相率褰裳跣足，合力捕获之，急送厨房，烹而食之，大膏馋吻。
“孩子没有不馋嘴的，其实岂只孩子？清华校门内靠近左边围墙有一家‘嘉华公司’，招商承办，卖日用品及零食，后来收回自营，改称为售品所，我们戏称去买零食为‘上售’。零食包括：热的豆浆、肉饺、栗子、花生之类。饿的时候，一碗豆浆加进砂糖，拿起一枚肉饺代替茶匙一搅，顷刻间3碗豆浆一包肉饺（10枚）下肚，鼓腹而出。最妙的是，当局怕学生把栗子皮剥得狼藉满地，限令栗子必须剥好皮才准出售，糖炒栗子从没有过这种吃法。
“在清华那几年，正是生长突盛的时期，食量惊人。清华的膳食比较其他学校为佳，本来是免费的，我入校那年改为缴半费，我每月交三元半，学校补助3元。8个人一桌，四盘四碗四碟咸菜，盘碗是荤素各半，馒头、白饭管够。冬季四碗改为火锅。早点是馒头稀饭咸菜四色，萝卜干、八宝菜、腌萝卜、腌白菜，随意加麻油。每逢膳时，大家挤在饭厅门外，我的感觉不是饥肠辘辘，而是胃里长鸣。我清楚地记得，上第四堂课《西洋文学大纲》时，选课的只有四五人，所以就到罗伯森先生家里去听讲，我需要用手按着胃，否则肚里会呜呜地大叫。我吃馒头的最高纪录是12个。斋务人员在饭厅里单占一桌，学生们等他们散去之后纷纷喊厨房添莱，不是木樨肉，就是肉丝炒辣椒，每人呼呼的添一碗饭。”
闲言带过，言归正传。到1916年，清华度过了5年的“创建时期”，进入“发展时期”。周诒春着眼于民族教育事业的独立自主，要求外交部增加学额，并提出把清华逐步过渡到一所完全的、独立的大学。他认为，清华有良好的基础，为图久远之计，将清华“逐年扩充至大学程度”，是学校今后发展的“当务之急”。否则，到1940年庚款还清后，清华经费来源中断，经营了多年的清华学校就要关门，未免就太可惜了。因此不如未雨绸缪，渐求扩充，早定基础。
是年7月，周诒春呈文外交部，从3个方面谈清华改办大学的必要性：（一）“可增高游学程度，缩短留学年期以节学费也。”（二）“可展长国内就学年限，缩短国外求学之期，庶於本国情形不致隔阂也。”（三）“可谋善后以图久远也。”此为清华成为中国独立教育事业之开端。
清华是因留美而生，也是因留美而发生变异的。留美和本校发展，始终是相互依存的两种力量。早在1910年代，周诒春等这些有识之士就认识到，清华学校应该逐步缩减留美名额及经费，用于充实提高本校，以至于成立一所永久的清华大学。
周校长任内，因财政比较宽裕，故对外设法扩充留美学额。自民国三年（1914）起，清华更间年选派专科女生10名（有时不足额）留美，由公开考试决定。
此外，硬件如民国清华四大建筑（大礼堂、科学馆、图书馆、体育馆）的兴建，也是在周主政时期，但均出自外国设计师的手笔。英国哲学家罗素访问清华时，感觉“清华学校恰像一个由美国移植到中国来的大学校”。
正当周诒春积极推动清华改办大学计划之时，1917年下半年，亲日派成为北洋政府中的主要势力。周诒春被诬以“妄糜巨款，营私害公”的罪名。经外交部派人核查，攻击之辞大多不实。尽管清华师生都劝告周校长“止谤莫若自修，不予置辩”，但周却认为“既遭时忌，愿让贤能”，加之劳顿成疾，毅然辞职。
1918年1月4日是周诒春的辞职日，对清华的教职员工、学生们来说则是个悲伤的日子。离校当天，全校集合，学生们身着军操制服，一齐鸣枪向他致敬。历任北京大学西语系教授兼英文组主任、清华大学西语系教授、国民政府驻希腊大使的温源宁（1899—1984，广东陆丰人）后来回忆说：“他离职的那一天，对于他领导下的教职员、他的学生和他自己，全都是悲哀的一天。”
清华校友陈宏振高度评价周诒春道：
“他是母校的拓荒者，母校的创建人，筚路蓝缕，惨淡经营，播下精选的种子，收获到丰硕的果实，建立了优良的传统，奠定下巩固的基础，尤其是培育出母校同学个个引为自豪的清华精神。”
陈鹤琴饱满热情地回忆道：
“周校长办事认真，毫不敷衍。校规不订则已，一订了我们非遵守不可。他常常对我们说：‘我不要你们怕我，我要你们怕法律。你们读书，总要研究得透彻，不要马马虎虎，一知半解。你们做事，总要实事求是，脚踏实地，要从小做到大，从低升到高。若是脚没有着实而攀得高高的，那一跌下来，就要跌死的。’周校长处处能以身作则，他不爱名，也不贪利，说起话来总是诚诚恳恳，切切实实。清华校长换了好几位，而养成清华纯洁学风的，就是周校长。凡是在清华读过书的，没有一个不爱戴他。他真是我们的良师呢！从上看来，清华的师长不但顾到学生学业的增进，而且能注意到学生人格的培养。周校长一方面以身作则做我们的模范，一方面常常对我们训话，做我们的晨钟暮鼓。”
周诒春辞职后，外交部令副校长赵国材（1879—？，上海人）代理校长，后派外交部参事、秘书张煜全（1879－？广东南海人）担任校长。翌年，一场以大学生为主的爱国运动爆发。