袁世凯在天津小站编练六镇新军，除第一镇为旗人，第六镇为统制（师长）吴禄贞所部，其余四镇皆为袁世凯私人。1911年10月底，太原起义成功后，吴禄贞秘密与阎锡山联络，认为革命的主要阻力是袁世凯，吴、阎定计组成燕晋联军，合力阻止袁世凯北上。不料，消息泄露，清廷用重金买通吴禄贞部下，将吴刺杀。此一祸变，使阎、吴阻袁世凯入京之谋化为泡影。
12月，袁世凯精锐第三镇新军从娘子关进攻山西，此镇如曹锟、吴佩孚、卢永祥等人皆为北洋军阀之要员。为保存革命力量，以图再举，阎锡山率军从太原分向南北撤守，转战绥远。正在沿途风餐露宿，回攻太原途中，1912年1月1日，中华民国成立，“共和了”的消息从民间传来，阎锡山遂得以率部和平重返太原。
当年2月，清帝鉴于大势逊位，期间，袁世凯出力甚多，为民国前途熟计，辞去临时大总统之职，荐袁世凯自代，先生则以在野之身，开国家建设之续。8月，为赞助袁大总统谋国利民政策，调和南北感情，融合党见，孙中山赴北京，往返途中，各地热烈相邀。9月，孙中山应邀莅晋，对阎锡山及诸同志太原起义之壮举，给与极高的赞扬和鼓励嘉勉。离晋前，孙中山意味深长的叮嘱阎锡山：“北方环境与南方不同，你要想尽方法，保守山西这一块革命基地。”
1913年，宋教仁遇刺案及袁世凯未经国会向五国银行借款事件，导致南京、上海、江西、广东、安徽、福建、四川、湖南等地纷纷独立，联合讨袁，史称二次革命。当时北方情势，除山西、陕西外，其余皆为北洋势力。孙中山深知山西处于北洋势力包围之中，特派人秘告阎锡山：“沉默勿言，保持北方革命据点，待南军北上，再与陕西会合，攻入北京。”陕西都督张凤翽（音“慧”）按孙中山指示，与阎锡山联名发电反对江西都督李烈钧等人的行动。李烈钧是阎锡山留学时的室友，两人交情甚笃，对此番通电甚为意外，后经阎锡山复电解释，才知其中安排。但二次革命终因讨袁军部署未周，双方实力悬殊，不一月时间即告失败。
袁世凯获胜后，于1914年修改约法，成为终身总统，后又推行帝制。期间，全国起义省份民军势力除山西外均遭消灭。阎锡山成为未遭消灭的例外，概括有四点原因：
其一，阎锡山掌握的部队被裁编至不足7000人，袁世凯在晋心腹金勇所掌握武力足以与阎锡山抗衡；
其二，山西被北洋势力四面包围，形格势禁，无法有效反抗；
其三，不罢黜阎锡山，可做出袁世凯对民军省份有包容度量的姿态；
其四，让外界误以为阎锡山已放弃原有立场。阎锡山则始终一本孙中山所示，以保持北方革命据点为重为原则，故1915年9月，段芝贵领衔电请袁世凯登帝位的电文中，列有阎锡山的名字，阎锡山未予反对；12月，袁世凯封阎锡山为一等侯，阎锡山亦未曾辞爵。但阎锡山也明告来访袁氏官员：“世界各国均向民主途径转变，为大势所趋。”
1916年3月，袁世凯改元不到3个月即告失败。帝制运动末期，金勇向袁世凯上折称，北方最不满袁政者为山西，若不将阎锡山撤职，无以为济。此奏折到袁世凯手中时，袁已病笃，未及处理，便一病不起，于当年6月病逝。随后，北洋系分化，虽有力者，皆谋夺取山西，但阎锡山恒能以独立不惧态度保境安民。
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