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1895年冬天，袁世凯来到位于天津和大沽之间的新农镇，接收了由胡燏棻编练的定武军，后者则被清廷调任芦津铁路督办。
新农镇，或称兴农镇，又名小站。
当初，满清入山海关，夺大明江山，依凭的是十二万八旗兵。当时的八旗兵骁勇善战，所向披靡、锐不可当。天下太平时，八旗兵驻守各地，享受着朝廷给予的丰厚待遇，却不事生产，无须征战，操练懈弛。至嘉庆年间，已沦为没有战斗力的膏粱子弟。
此后，绿营兴盛，逐步取代了八旗的地位。绿营是满清入主中原后收编的汉人军队，所以清廷一直不放心，处处牵制，时时提防，设置了许多节制方法，还不断往绿营中掺入满人，使得其重蹈八旗的覆辙，逐渐腐化。
太平天国起义，八旗与绿营一触即溃，清廷无军可用，只得放权由曾国藩、李鸿章等地方官员另组营勇，“湘军”、“淮军”等地方武装应运而生。在与太平军、捻军作战中，营勇显示出惊人的战斗力。然而，甲午年中日之战，作为清廷主要国防力量的淮军不堪御敌，连连惨败；刘坤一统率的湘军同样一败涂地。
清廷强烈地意识到，建立一支有战斗力的现代化军队是捍卫疆土、稳定统治的基础。甲午之战告急时期，清廷召见参与黄海之战的德国籍军事顾问汉纳根（Von Hanneken），他是北洋水师的总教习兼副提督。在这次召见中，他提议先组建一支2000名的外国军官队，再由这些外国军官仿照西式练兵办法，为清帝国编练十万新式陆军，并装备洋枪、洋炮，由驻华海关总税务司赫德（Robert Hart）指挥。他的这一提议遭到李鸿章、胡燏棻等大臣的反对，未被清廷采纳。
甲午年十月，清廷为救亡图存，匆匆设立督办军务处，以恭亲王奕为督办，庆亲王奕劻为帮办，翁同龢、李鸿藻、荣禄、长麟等重臣为会办，着手编练新军。次月，军务处就任命广西按察使胡燏棻前往天津附近马厂屯驻，主持招募新军，聘请德国军官任教习，购置新式武器，仿照德国陆军操典进行训练。早年，胡燏棻就上书直陈旧军之腐败。
翌年春，胡燏棻初步编练成“定武军”十营，共计4750人，其中步队3000人，炮队1000人，马队250人，工程队500人。至9月，因马厂营房不敷应用而移到原淮军“盛字营”驻地小站，那里曾是淮军周盛传、周盛波所统领的盛字营的驻地。
甲午战争期间，袁世凯奉旨前往辽东前线，协助周馥办理转运粮械、接收溃卒等后勤事务。期间，他耳闻目睹清军溃败的惨状，萌生了重建帝国军队的想法。甲午之战刚刚结束，他就上书军机大臣李鸿藻，分析战败的原因，并提出编练新式陆军的计划。李鸿藻非常认同他的设想，并向清廷举荐他。清廷很快颁布上谕，将袁世凯调到军务处，职位是“温处道，留京兼充军务处”，意思就是温州道员，但留在京城的督办军务处工作。这是一种“虚实结合”的职位安排——前者为虚职，是为了解决官员的实际待遇，后者才是实职。后来，袁世凯赴小站练兵，他的虚职是直隶按察使和工部右侍郎。
袁世凯驻朝鲜期间，曾因协助朝鲜练兵，获得“知兵”之美誉，军务处会办荣禄也听到同僚们称赞袁氏善带兵。进入军务处后，袁世凯主动向荣禄呈递了自己编译的兵书，荣禄阅后，大为称赞，随后对袁世凯处处提携。
1895年底，胡燏棻被朝廷调任他职。督办军务处亲王奕、奕劻会同军机大臣李鸿藻、翁同龢、荣禄、长麟等联名保荐袁世凯接办定武军。清廷允准。11月1日，袁世凯到达小站，正式接任定武军统率。
袁世凯是德国军制的“粉丝”，他认为德国陆军是当时世界上最精锐的部队，所以，接管定武军后，他主要仿照德国陆军的建制、方法训练新军。他派部下赴山东、河南、安徽等州县招募新兵，为防止会党、流氓、罪犯、吸食鸦片等人的渗入，他对兵源把关严格。入伍者必须是当地背景清白的农民，而且由地方政府担保，一旦查出不合格者就追究地方政府的责任。定武军在原有基础上扩编至七千多人，改称“新建陆军”（简称新军）。新军分步、马、炮、工、辎等兵种。在组织架构上，设督练处（即新军总部），下设参谋营务处、督操营务处、洋务局、粮饷局、军械局、转运局、军医局等机构。各处、局由专人专责，体现了现代军队专业化的特征。新军还设有参谋、电讯等职能，配备军乐队。
袁世凯不惜重金，从德国购置了先进的武器装备。炮兵装备的是德国克虏伯厂出产的五十七厘米过山炮和七生特半陆路炮等；步兵使用奥地利制造的曼利夏步枪；骑兵装备曼利夏马枪和战刀；军官一律佩带六响左轮手枪和佩刀。
新军开设炮兵、步兵、骑兵、德文四所学堂，统称“行营武备学堂”。袁世凯高薪聘请德国军官担任教习，学期两年，学员毕业后可以担任下级军官。袁世凯从自己每月的俸禄中拨出三分之一（银二百两）作为奖学金，奖励考试成绩优异者。学业出众的人会被选派德国或日本留学。此外，袁世凯还开办讲武堂和学兵营，培养基层军官。
新军的管理异常严格。袁世凯制定了一套严密的军法、军纪，如《简明军纪二十条》、《行军暂行章程》、《操场暂行章程》、《兵丁驻扎营内章程》等，这些制度涉及到新军的训练、行军、宿营等各方面。士兵必须严格遵守制度，一旦违纪，就会受到打军棍、示众、扣发饷银等惩罚。袁世凯还制定了“斩律十八条”——“结盟立会，造谣惑众”者斩；“有意违抗军令”者斩；“持械斗殴及聚众哄闹”者斩；“遇差逃亡，临阵诈病”者斩；凌辱长官者斩；长官战死而士兵无伤亡，士兵全部处斩……袁世凯在小站附近设立关卡，抓捕逃兵，抓回的逃兵会被重罚，常常会被公开处斩，逃兵一月无下落就追究家属的连带责任。
新军的军饷较高，由户部直接发放。为了避免各级军官克扣士兵饷银的恶劣旧习，袁世凯规定，军官一律不得插手军饷的发放，而是由放饷局把每月的饷银包好，按照兵士名册发放。士兵本人直接领饷银，袁世凯派一至二名军官负责监督发响。
1897年，二十二岁的直隶人徐世昌来到小站，他看到的是一支军容严整、队列整齐、令出必行的军队；统率袁世凯和普通士兵一样站在操练场上，一身戎装，声音洪亮，看上去精神抖擞。这位年轻的翰林院庶吉士被袁世凯任命为新军参谋营务处总办，成为袁世凯的幕僚。自此开启了他与袁世凯长达数十载的合作。两人互为同道，在晚清民初的政治舞台上留下了重重的一笔。
袁世凯很重视将领的培养和选拔，他物色的将领，一部分是湘军和淮军的宿将，如姜桂题、张勋等；一部分是武备学堂的毕业生，如号称“龙、虎、狗”的“北洋三杰”王士珍、段祺瑞、冯国璋等。段祺瑞曾赴德国学习军事，冯国璋也去过日本。这些出身并不显赫的军人们，从小站这个起点出发，逐步成为民国政治舞台上呼风唤雨的人物。其中，担任督军以上职务者三十多人，担任内阁总理、陆军部总长的六人，担任总统的四人。
1898年，清廷命荣禄督练武卫军，分前、后、左、右、中五军，袁世凯所练的新军被收编为武卫右军。翌年十二月初，清廷派袁世凯署理山东巡抚，武卫右军随袁世凯从小站调往山东。庚子年（1900年），武卫军被八国联军打得七零八落，聂士成所统率的武卫左军竟全军覆没，聂士成战死。唯独武卫右军因袁世凯镇压义和拳民、支持东南互保而得以保存。此后，袁世凯在武卫右军的基础上，编练北洋常备军、续备军、巡警等。
1901年11月，李鸿章逝世。清廷任命袁世凯为直隶总督兼北洋大臣。这一年，朝廷决定彻底淘汰绿营兵制，重新编练三十六镇新军（“镇”的编制大致相当于今天的“师”）。第二年6月，在保定成立北洋军政司（后改称督练公所），袁世凯任督办。1903年12月，朝廷成立练兵处，军机处领班大臣奕劻为总理练兵大臣；袁世凯任会办，握有实权，他以新军的老部下为班底，在北京、天津、山东建成北洋六镇军，合计七万余人。北洋军各镇将领几乎都出自小站，以袁世凯为首的北洋军阀集团由此形成。当时，全国各镇新军总计十三万余人，北洋军在人数和战斗力上都远胜于其他新军，是绝对主力。
1905年秋末冬初时节，北洋新军在河北河间举行军事演习——“河间秋操”。清廷邀请各国驻华武官、中外记者和各省代表前来官操。出现在众人眼中的是一支军容严整、装备精良、士气高昂的部队，而且，所有的士兵都剪去了中国男人独有的长辫子。自甲午战败后，清帝国终于拥有了一支像样的军队，为坐在观操台上的帝国统治者们树立了信心。
第二年，清廷决定扩大演习规模，调遣张之洞所练的湖北新军北上，与北洋新军在河南彰德展开一场模拟搏杀，参与演习的官兵多达三万三千多人。谁也不曾想到，五年后的辛亥年，两军就在武昌城外展开了真正的残酷厮杀。