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1868年2月，军防局要求诸藩按照每万石领地提供10名士兵的比例，派出警卫京畿的士兵，响应者寥寥。闰4月，议政官讨论兵制问题，代表诸藩利益的贡士们反对建立统一的政府军，继续保留诸藩的军队。1869年5月，戊辰战争结束，明治政府解散了2000余人的草莽诸队，倒幕雄藩的军队撤回本藩，政府已无可用之兵。7月，新成立的集议院再次讨论陆军兵制问题，诸藩贡士依旧持反对立场，创建政府军的计划再次搁浅。围绕兵源问题，政府内部意见分歧。军务官副知事、兵部大辅大村益次郎主张从农民组成的草莽诸队中募兵，在大阪开设兵学寮，提高下级军官的军事素质。参议大久保利通无意招募农民入伍，主张以西南雄藩为主体，组建中央政府管辖的常备军。
1869年9月，大村益次郎在京都三条木屋町的旅馆突遭长州藩士团伸二郎等8名激烈反对军制改革的刺客袭击，伤重不治而亡。“大村事件”使维新官僚痛感解决家臣武士问题的紧迫。1870年1月至2月，倒幕有功的长州藩奇兵队因待遇问题，掀起“脱队骚动”，刺激政府加强建立政府军的决心。9月，太政官发布通告，宣布农工商通称为平民，允许平民称姓，扩大了建军的兵源。10月，维新政府决定海军军制模仿英国、陆军军制参照法国，组建欧式近代陆海军。11月，太政官向各府藩县下达《征兵规则》，不问士族、平民，凡身体强壮者均可服兵役；诸藩按照每万石提供5名士兵的比例，穿戴政府统一发给的军服、军帽，携带步枪前往大阪兵部省出张所报到。由于政府与诸藩关系紧张，到翌年夏季仅召集到约1500人。
1871年1月，政府发布《散发脱刀令》，鼓励士族剪掉旧武士特有的发髻，摘下佩刀，与平民为伍，为征兵扫清了障碍。2月，太政官指定萨长土三藩选送8000名精兵，组成天皇近卫军“御亲兵”。4月至6月，萨摩藩的4大队步兵、4小队炮兵，长州藩的3大队步兵和土佐藩的2大队步兵、2小队骑兵，陆续调往东京，组成首支近卫军。
同时，在东山道、西海道设置两镇台，招收藩兵入伍。御亲兵和镇台兵完全由政府统辖，是真正意义上的政府军。8月，解散所有旧藩的常备军，设置东京、大阪、镇西、东北四镇台，专司镇压农民暴动和士族叛乱，维护国内秩序。
12月，兵部大辅山县有朋发布建军文告《读法》，以“发扬皇威”、“巩固国宪”和“保卫国家万民”为建军宗旨。规定士兵“以忠诚为本，爱惜士兵的荣誉”；“礼敬长上，与同辈友善”；“必须服从首长的命令”，“事无大小，违背首长命令则为犯罪”；“严禁结党，犯之者重罚”；严惩逃兵；处罚“强买强借以及参与借贷者”；对打架斗殴、放荡酗酒、欺诈懈怠者予以处罚；“在战场上怯懦、害怕者即时严加惩处”等8项军人必须遵守的准则，
奠定了明治时代建军的精神基础。
1872年11月，政府发布《征兵诏书》和太政官的《征兵告谕》，正式着手组建新式陆军。《征兵诏书》追溯兵农合一、组成军团的“古昔之制”，说：“戊辰一新，实乃二千年来一大变革也。当此之际，海陆兵制亦须应时制宜。今基于本邦古昔之制，斟酌海外各国之式，设全国募兵之法，欲立保护国家之基。”
诏书突出天皇朝廷指挥军队的建军原则，宣示了组建欧式军队的意向。《征兵告谕》则夸耀古时举国皆兵，声称：“我朝上古之制，海内皆为兵员。有事之日，天子为元帅，募堪任丁壮兵役者以惩不逞。解甲归家则为农，为工，为贾”。告谕抨击自镰仓幕府建立武家政权以后，“国为封建之势，人有兵农之别”；批判武士“佩双刀”，“抗颜坐食，甚至杀人官不问其罪”，彻底否定武士阶级的特权地位。告谕强调自大政维新以后，“四民渐获自由之权”，“士已非从前之士，民亦非从前之民”；宣布实施“举国皆兵”的征兵原则，即四民“均为皇国一般之子民，报国之道本应无别”，“斯乃上下平均，人权齐一之道，即兵农合一之基”，“尽其心力以报国”。
1873年1月8日，明治天皇睦仁首次在日比谷陆军操练所检阅军队，观看3678名近卫兵、2910名东京镇台兵和陆军兵学寮的学生兵的分列式，展现“天子为元帅”的新姿态。9日，又前往设置在东京筑地的海军兵学寮，检阅海军舰船操练式。
10日，明治政府颁发《征兵令》，公布征兵的目的、工作程序、应征者的条件、兵种配置、军队编制与征兵细则等。其中，陆军分为常备军、后备军、国民军3类；兵种分为炮兵、骑兵、步兵、工兵、辎重兵5种；凡年满20岁之国民，身体检查合格者可充任陆海军士兵。常备军由当年征兵之中签者编成，服役3年；后备军由复员兵编成，平时居家从事生产，战时应召出征；国民军为17岁至40岁的青壮男子编成，在发生大规模内战时，编入军队守卫管内。
《征兵令》发布后，撤销四镇台，改设东京、仙台、名古屋、大阪、广岛、熊本等六镇台，在全国3府70县分置第1至第6军营所，设常备步兵14个联队，兵员为26880人；骑兵3个大队，360人；炮兵18个小队，2600人；工兵10个小队，1200人；辎重兵6个队，360人；海岸炮兵9个队，720人，总兵力为31680人。战时，可增加为46350人。
全国划一，服从政府军令的陆军常备军由此建立。
陆军的军政军令机构也在此期间逐渐完备。1868年1月，设置海陆军务科。2月，改称军防事务局。1869年7月，改称兵部省。1870年2月，兵部省设立陆军挂、海军挂，分掌陆海军事务。1871年7月，兵部省设陆军部。1872年撤销兵部省，改设陆军省，统掌军令。
同时，陆续建成陆军学校。1870年1月，设大阪兵学寮。4月，改称青年学舍。5月，将归入大阪兵学寮的横滨语学所改称幼年学舍。培养下士的教导队也从京都迁入大阪。11月，改设陆军兵学寮。1872年4月，迁至东京。6月，青年学舍改为陆军士官学校，分步兵、骑兵、炮兵、工兵4科进行培养；幼年学舍称陆军幼年学校，设置外语和普通学科；教导队升格为教导团。
海军建设也在同步进行。1868年戊辰战争期间，海路总督仁和寺宫嘉彰亲王亲自坐镇，海军先锋参谋大原俊美指挥征集来的佐贺藩117吨的军舰“孟春丸”与萨摩藩的“丰瑞丸”、久留米藩“雄飞丸”等两艘运输船，向横滨进发。4月，江户开城投降后，新政府接管了幕府的“富士山”、“朝阳”、“翔鹤”和“观光”等4艘舰，初建直属政府的舰队。1869年5月，五棱郭战斗结束后，政府军又接收了一批幕府的舰船，政府舰队计有军舰16艘，运输船27只。9月，设置海军训练所，按照英国的海军学校模式，培训修业生。
至1871年7月，政府拥有军舰17艘，总吨位1.3万吨，近代海军初具规模。1872年2月设海军省，10月发布《海军省职制》，实行军衔制。1875年侵台之役后，明治政府从英国订购“扶桑”等3艘装甲舰。1876年，横须贺造船所开始建造897吨的“清辉”和936吨的“天城”等两艘军舰。
1876年9月，在横滨设置东海镇守府，负责沿海警备。订购与自造双管齐下，至1877年，海军省拥有军舰25艘，总吨位1.7万吨。1878年，从英国定制的排水量3777吨的“扶桑”和均为2250吨的“比叡”、“金刚”等3艘铁甲舰抵达横须贺，
入列服役。
1872年2月，太政官发布第62号公告，宣布废除兵部省，新设陆军、海军两省，海军省构成一个独立的军政单位。海军军务局负责制定海军的发展政策，以及海军建制、编制、军纪、演习、防卫等事宜。1878年12月，新设参谋本部下属的海军部，辖负责舰队编制与作战计划的第一局、负责海外出兵和海岸防御的第二局、负责外国谍报的第三局。1888年5月，随着中日对峙的加剧，海军部从参谋本部独立为海军参谋本部，以利强化战备。
海军士官生培养与陆军同步进行。1870年11月，兵部省将幕府时代的海军操练所改称海军兵学寮，川村纯义出任校长“兵学头”。川村对在校生进行了整顿，通过筛选的学生一律改为官费生，原先由诸藩委托培养的学生转为国家的海军士官生。学生分为幼年、壮年和专业等3种类型，分别加以培养。1876年8月，海军兵学寮改称海军兵学校，教学和人才培养正规化。
1878年8月，在自由民权运动的影响下，驻扎在东京麴町竹桥的近卫炮兵第一大队的260余名士兵，因不满政府未能兑现西南战争论功行赏的诺言，反倒要削减兵饷，举行集体暴动。哗变的士兵杀死大队长，炮击大藏大臣官邸，冲击赤坂离宫，史称“竹桥暴动”。政府颇受震动。
同月，陆军卿山县有朋发布《军人训诫》，明确建军宗旨是“张扬皇军威武”，使军队成为“国家之干城”，首次称军队为“皇军”。“训诫”明令禁止军人介入政治，将《读法》《征兵告谕》中的“公权”、“平等”、“人权”等新观念一笔勾销，转而强调“忠实”、“勇敢”、“服从”等体现军人精神的“三大元素”。训诫宣称“自古以来的武士忠勇”乃“我等血脉中固有之遗物”，为武士道正名。训诫特别强调“忠实”，即“拥奉我大元帅皇上，报效国家”，“忠君爱国”成为明治新武士道的首要德目。此外，《军人训诫》还规定了以对天皇“始终恭敬尊崇”、对长官“充满敬意”、禁止褒贬朝政、协助警察、禁止打架斗殴、执行命令、面不露怒色、绝对服从等17条具体要求，以此为军人的行为准则。
《军人训诫》对“皇军”的定位，从建军宗旨上规定了近代军队的性质，使之成为对内镇压，对外侵略的“国家干城”。
1878年12月，以德国总参谋部为范式，陆军颁发《参谋本部条例》，设立参谋本部。条例规定：参谋本部统辖各监军部、近卫各镇台的参谋部；本部长由天皇任命，参与策划帷幕之机务。在平时，本部长的职责是审理陆军的编制部署，掌管军中机务战略、军队出动等事关军令等项。经天皇亲裁后，立即下达给陆军卿施行。在战时，立即下达监军部长或特命司令将官执行。
参谋本部长直属天皇，拥有“帷幄上奏权”，成为不受政府管辖的特殊军令机关。山县有朋出任首任参谋本部长。同月，还颁发了《监军本部条例》，规定由监军部掌管陆军的训练、军纪检查等。1879年10月，太政官公布《陆军职制》，规定陆军直属天皇，中央机构由陆军省、参谋本部和监军本部构成，通称军部。
1883年，陆军卿大山岩率桂太郎等赴德国考察。在德国总参谋长老毛奇的推荐下，1885年3月，德国陆军大学教官麦凯尔（K.W.J. Meckel）赴日，担任参谋本部顾问和陆军大学教官，与陆军省第一次官兼军务局长桂太郎、参谋次长川上操六等推行军令、军政分离的德国式军制改革。
在组建近代军队的同时，欧美式的警察制度也在加紧组建。明治政府成立后，地方治安混乱，暂由府县兵、诸藩的藩兵维护秩序。废藩置县前，军务官、刑法官、刑部官、弹正台等官署先后接管警察事务。1869年11月，大学南校的两名英籍教师遭袭，震惊维新政府。参议木户孝允提出“遵照欧洲各国之法，组建‘波利斯’”的建议。
“波利斯”即Police的音译，意为警察。1871年10月，兵部省调拨给东京府3000名逻卒，创建了不佩刀剑，手握棍棒维持社会治安的“取缔组”，萨摩藩士川路利良担任逻卒总长。
1872年8月，司法卿江藤新平在司法省设置警保寮，统一掌管全国的警察事务。警保寮的主官称警保寮头；府县设大警部，主官称大警视；区设小警部，主官称小警视，下辖逻卒；每个逻卒率领番人10名，监护分管的居民。这样，形成司法卿之下，由警保寮头督导大警视，大警视指挥小警视，逻卒听命于小警视，指挥番人等组织严密、层层隶属的垂直型警察机构，并招收大批士族充任警员。
1873年9月，大警视川路利良赴欧考察警察制度回国后，建议效仿西洋各国，建立警察制度。川路认为，警察为“保护良民”、“培养国家元气”所必需，如同法兰西第二帝国、普鲁士那样，“凡欲强其国”，必先设置警察。川路提出设置警察制度的三项建议：（1）以西洋各国为蓝本，建立中央集权的警察制度。直属内务省的安宁局，掌管全国警保事务；首都警务由警保寮掌管，府县警务由知事、县令掌管，具体执行的警官由府县提出、司法卿任命。（2）警察事务的司法权与行政权分立。内务卿主管全国行政警察，各府县知事、县令监管警察职权，派令正、权警官具体执行；司法卿为全国司法警察之首长，各级法院的检查人员充任法警。（3）警察军事化。派驻地方的陆军郡国分队具有司法警察之权，称宪兵；根据需要，巡警可配置武器成为兵员，“一旦有事，须用警察之权力予以镇压”，避免直接动用军队。
太政官接受了川路的建议，11月增设内务省，大久保利通任内务卿，推进内务省高度集权的警察制度建设。
1874年1月，警保寮转归内务省管辖，并设置东京警视厅，川路利良出任首届长官，在锻冶桥门内设置警视厅。东京警视厅各级警官分别为大警视、权大警视、少警视、权少警视、大警部、权大警部、中警部、权中警部、少警部、权少警部等10级，管理约5300名警察“逻卒”，负责东京府的地方治安。管辖区域分为6个大区，每一大区又分为16个小区。各大区设分驻机构警视出张所，由少警视负责区内的警察事务，下辖大警部、少警部若干名；各小区设逻卒屯所，派驻大小警部，指挥逻卒若干；逻卒屯所的下属单位称逻卒分配所，相当于派出所，驻逻卒12名。
1875年5月，对各派驻机构进行调整，将警视出张所改称警视分厅；逻卒屯所改称某分厅的某署，逻卒分配所改称分署，实施分区管理。10月，撤销番人，逻卒改称巡查。12月，东京警视厅接管了原来归内务省管理的惩役署和囚狱署。1876年2月，新设第六局，具体负责惩役署与囚狱署的警察事务，警视厅的警察职能日益完整。1877年1月，东京警视厅归口内务省警视局。1881年1月，设置全国性的警察机构警视厅，加上各府县设置警察部，形成中央集权的近代警察制度。
1877年2月，西南战争爆发。大警视川路利良领陆军少将衔，率领由万余名警察组成的别动第3旅团投入平息西乡隆盛叛乱的战斗。1879年12月，大山岩继任大警视。川路在任职期间，制定了《警察规则》，规定部长级的警官必须“暗记部员的勤怠品行才艺等，报告上官”，“下达命令，上报下情”；署长有权决定“出勤时限早晚”等事务；巡查“以遵守上级命令，能任其劳、堪其任为目的”，不得失态、渎职。