甲午战争后，盛宣怀认为国家欲图自强，筹设学堂、培育人才是关键。他在给朝廷的奏折中说：“自强首在储才，储才必先兴学”、“西国人材之盛皆出于学堂”。
1895年10月2日，盛宣怀通过直隶总督王文韶，禀奏光绪皇帝设立新式学堂。光绪帝御笔钦准，成立天津北洋西学学堂。后更名为北洋大学，此为中国近代史上的第一所官办大学，也是天津大学的前身。这一天也成为中国第一所大学建校纪念日。
盛宣怀铜像
北洋大学堂创建后，盛宣怀秉承“事事研求”的人生宗旨，不断丰富和完善“中学为体，西学为用”的办学方针，形成了“西学体用”的思想理念。首先，他采用专家办学模式，奏明皇帝“须遴选深通西学体用之员总理”，聘请美国教育家丁家立具体掌管设在天津的大学堂，并聘请了一批外籍教员。其次，针对当时清王朝在处理内政外交上急需熟悉法律的人才，以及急需开发矿业资源、发展机械加工工业的实际，开设了法律、土木工程、采矿冶金、机械工程等学科，并随着事业的变化，及时改变专业设置，添设新的专业。盛宣怀认为“师范、小学尤为学堂一事务中之先务”。所以他又开始了培植师资和生源的工作，1897年他建立了我国教育史上第一所新式师范学院，以及第一所外院(即小学)，连同相当于大学附中的北洋大学堂二等学堂，形成了较为完善的三级学制，为中国新式系统学制的建立奠定了基础。第四，盛宣怀注意因材施教，因人而异，培养专门人才。学生入头等学堂先学习第一年基础功课，学完后，由总办、总教习察看每一个学生的资质，酌定今后的学习内容；即便是出国留学，也要根据每人的资质，选其专门学科去深造。第五，确立了“严谨治学，严格教学要求”的校风。
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