他明確提出廢止忠君、尊孔、尚公、尚武、尚實的封建教育宗旨。倡導以軍國民教育、實利主義教育為急務，以道德教育為中心，以世界觀教育為終極目的，以美育為橋樑的資產階級民主主義的教育方針，初步建立了資產階級的新教育體制。

蔡元培的教育實踐多在高等教育方面。他任北京大學校長時，提出大學的性質在於研究高深學問。他提倡學術自由，科學民主。主張學與術分校，文與理通科。將“學年制”改為“學分制”，實行“選科制”，積極改進教學方法，精簡課程，力主自學，校內實行學生自治，教授治校。他的這些主張和措施，在北京大學推行之後，影響全國，以至有人稱他為自由主義教育家。

蔡元培組織各種學術研究團體（如哲學會、雄辯會、閱書報社、書法研究社等），把學生的課餘興趣吸引到學術研究方面來。蔡元培殷切希望學生專注學業，但又不贊成死讀書。他說：“研究學理，必要有一種活潑的精神，不是學古人‘三年不窺園’的死法能做到的”。

1917年1月9日，蔡元培發表就任北京大學校長的演說，對學生提出三點要求：一日抱定宗旨，二日砥礪德行，三日敬愛師長，將“抱定宗旨”置於首位。1917年1月9日，北京大學舉行開學典禮，蔡元培發表就職演說，這就是著名的《就任北京大學校長之演說》。蔡與北大學生約法三章：一是抱定宗旨，“大學者，研究高深學問者也”；二是砥礪德行，“諸君為大學學生，地位甚高，肩此重任，責無旁貸，故諸君不惟思所以感已，更必有心勵人”；三是敬愛師友，“自應以誠相待，敬禮有加，至於同學共處一堂，尤應互相親愛，庶可收切磋之效。”

1912年蔡元培任南京臨時政府教育總長時，主持修訂了教育部的學制，第一次在政府法令條文中宣佈教育上的男女平等。不久，我國初級小學實行了男女同校。由於守舊勢力異常強大，高等學校到五四運動前夕仍未實現男女同校。教育部對此畏首畏尾，各大學都不敢提議招收女生。蔡元培非常不滿此等現狀，又是在北京青年會進行演講，又是對上海《中華新報》記者發表談話，公開倡導高校男女同校。蔡元培說：“一提議，必不透過。其實學制上並沒有專招收男生的明文；如招考時有女生來報名，可即著錄；如考試及格，可準其就學；請從北大始。”於是北大首先有了女生，各大學仿行，教育部也就默許了。

1920年2月，因考試期已過蔡元培下令允許王蘭、奚湞、查曉園3位女生入北大文科旁聽，當年秋季起即正式招收女生，開我國公立大學招收女生之先例。

有人問蔡元培：“兼收女生是新法，為什麼不先請教育部核准？”蔡元培說：“教育部的大學令，並沒有專收男生的規定；從前女生不來要求，所以沒有女生；現在女生來要求，而程度又夠得上，大學就沒有拒絕的理。”

1920年，代理文科學長陶孟和准許了9名女生入校旁聽，引起社會上的議論和教育部的批評，甚至總統徐世昌都出面警告北大當局，認為國立學校應該保持“崇高的道德水準”。但是當時並無法律明文禁止男女合校，已經回到北大的蔡元培就憑這一點，沒有請求政府的許可，便正式批准了那9名女生註冊為北大正式學生。自此，北大開始正式招收女學生。

蔡元培先生在北大講授的惟一課程是《美學》。一位同學的回憶錄中記載下當時課堂的情境：“他教的是美學，聲浪不很高，可是很清晰，講到外國美術的時候，還帶圖畫給我們看，所以我們覺得很有趣味，把第一院的第二教室完全擠滿了。第一院只有第二教室大，可坐一二百人，……擠的連講臺上都站滿了人，於是沒有辦法，搬到第二院的大講堂。”

蔡元培先生明確指出：國文分兩種：一種實用文，在沒有開化的時候，因生活的必要發生的；一種美術文，沒有生活上的必要，可是文明時候不能不有的。

蔡元培在回覆林琴南的一封信中談到了自己的兩種辦學主張，第一條便是：對於學說，仿世界各大學通例，循思想自由原則，取相容幷包主義，無論有何種學派，苟其言之成理，持之有故，尚不達自然淘汰之命運者，雖彼此相反，而悉聽其自由發展。

蔡元培任民國教育總長時，範源濂任次長，他們辦教育的方法相對立。範說：“小學沒有辦好，怎麼能有好中學？中學沒有辦好？怎麼能有好的大學？所以我們的第一步，當先把小學整頓。”蔡元培說：“沒有好大學，中學師資哪裡來？沒有好中學，小學師資哪裡來？所以我們第一步，當先把大學整頓。”