1919年，蔡元培在北京大学废除科，改原隶属于科的学门为系，设立14个系，废学长，设系主任。原来的文、理、法三科分别改称第一、二、三院，仅作为各系所在地区的标志（因原来三科分布在不同地区），不代表一级机构。
1919年5月8日，五四运动爆发后，蔡元培为抗议政府逮捕学生，于5月8日提交了辞呈。并于9日离京。1919年5月13日，北京各大专学校校长向政府齐上辞呈，支持蔡元培。
1919年6月15日，在他发布的《不愿再任北京大学校长的宣言》中说：“我绝对不能再作不自由的大学校长：思想自由，是世界大学的通例。后由于北大师生极力挽留，蔡元培答应只做北大师生的校长。
1920年初，蔡元培与李石曾、吴敬恒，利用庚子赔款，创办中法大学于北京。蔡元培任校长。1920年2月，蔡元培下令允许王兰、奚浈、查晓园3位女生入北大文科旁听，当年秋季起即正式招收女生，开中国公立大学招收女生之先例。
1920年5月，蔡元培聘任地质学家李四光出任北京大学地质系教授，
邀著名作家莎菲回国任北京大学文学教授，8月，聘鲁迅为北京大学讲师。1920年年底，被北京大学派遣去欧洲考察。与法国里昂市长赫礼欧（Herriot），里昂大学医学院院长雷宾（Lepine）等，合作设立里昂中法大学协会，决定在里昂成立中法大学。
1923年春，不满北洋政府教育总长彭允彝破坏法制的行为，提出辞职，离京南下。秋间转赴欧洲，从事研究和著述，并参与要求英、法等国退还庚子赔款兴办教育事项。1924年1月在国民党第一次全国代表大会上，经孙中山提名，当选为候补中央监察委员。1926年初回国。在上海参加苏浙皖三省联合会，配合北伐战争，策划三省自治运动，遭孙传芳通缉。
1927年起，在南京国民政府任大学院院长、司法部长和监察院长等职。1927年3月28日，蔡元培任国民党中央监察委员会会议主席，对吴稚晖提出的弹劾共产党表示附议，主张“取消共产党人在国民党之党籍”。4月2日，蔡元培再次担任主席，蔡元培再次附和吴稚晖关于弹劾共产党的文告，并拿出了《共产党祸党证据及共产党在浙祸党之报告》。国民党南京政府成立后最初两年内，蔡元培在政治上仍然站在蒋介石一边，支持“清共” 。
但与其他人不同的是，在清党的实施过程中，他不支持滥杀，而是希望将这种政治上的弹压行动纳入比较规范的法治范围，即同意清党但反对杀人 。在清党的初期，蔡元培就曾对浙江清党委员会的草菅人命提出了严厉的批评，并要求在清党中必须执行三条原则 ，而且出面营救过可能遭国民党逮捕的共产党人和革命青年 。为劝阻南京国民党当局滥杀行为，蔡元培曾专门撰文劝告国民党当局继承孙中山的高尚人格，以德服人，停止滥杀 。
之后一段时期，蔡元培把精力主要放在组建中央研究院上，他出任中央研究院院长，开始专注国家民族的文化教育和科技事业，并相继辞去了其他职务 。“九·一八”事变后主张抗日，拥护国共合作。1932年，与宋庆龄、鲁迅等发起组织中国民权保障同盟，积极开展抗日爱国运动。曾电救杨开慧烈士，援救许德珩等爱国民主人士，营救丁玲、朱宜权等共产党员 。
1933年，蔡元培倡议创建国立中央博物院（今南京博物院前身），并亲自兼任第一届理事会理事长。1940年3月5日，在香港病逝。蔡元培逝世后，国内各主要党派和团体以及要人名流纷纷致电吊唁 。
学术理论
他的教育模式新颖，不拘一格，认为教育是国家兴旺之根本，是国家富强之根基。教育思想灵活，兼容并包，不因学术争议而排斥，广泛吸收各家所长。“教育者，养成人格之事业也。”他主张教育应注重学生，反对呆板僵化。他还提倡美育、健康教育、人格教育等新的教育观念。
蔡元培认为：教育之于社会，有二大基本功能：一在引领，所谓“教育指导社会，而非随逐社会也”；二在服务，“就是学校里养成一种人才，将来进社会做事”，或者“就是学生或教育一方面讲学问，一方面效力社会”。
思想自由 兼容并包
蔡元培为人宽厚、恻隐为怀，对中国社会及陋俗有透彻观察;两度游学欧洲、亲炙文艺复兴后的科学精神及法国大革命后的思潮。他提倡民权与女权，倡导自由思想，致力革除“读书为官”的旧俗，开科学研究风气，重视公民道德教育及附带的世界观、人生观、美学教育。
梁漱溟曾说，蔡元培从思想学术上为国人开导出一股新潮流，冲破了旧有习俗，推动了大局政治，这是十分正确的。正是因为蔡先生的兼容并包、思想自由，使得新文化有了立脚之地，使得北大成为新文化运动的堡垒，科学民主的思想得以传播。因此从这个意义上讲，蔡元培不仅是现代北大的缔造者，也是中国现代大学理念和精神的缔造者。
蔡元培作为近代中国文化界的卓越先驱者，其著名的文化思想和学术观点，曾对中国的历史进程发生过重要的影响。蔡元培任北京大学校长时提出的“兼容并包”的学术思想，不仅成为他主持北大教育工作的重要指导思想，同时也是他所坚持的办学原则。此思想提出后，一批具有新文化、新思想的代表人物进入北大，北大因此而成为中国思想活跃、学术兴盛的最高学府。因此，“兼容并包”思想在接纳新文化、反对封建文化方面起到了积极作用。
民族学研究
蔡元培先生在教育和美学方面的贡献有目共睹，但在民族学方面的贡献却鲜为人知。蔡元培在自写年谱中称，自己的梦想之一就是写一本《比较民族学》，“以研究民族学终老”。
蔡元培赴京殿试时，在有关西藏的策论题中，他详述西藏“地域广袤，山川道里”。
1901年蔡元培在《学堂教科论》中说：”以前的历史只记帝王之事，不记民生风俗，以致于一群强弱盛衰之数，终不可稽。“
1908年至1911年在德国莱比锡大学学习哲学、文学、文明史和民族学。
1924年8月出席国际民族学会第21次大会。1924年11月至1926年2月在德国汉堡大学专修民族学。
1926年至1934年蔡元培先后发表了《说民族学》、《民族学与社会学》、《民族学上之进化观》等文章。
1927年中央研究院成立之时，蔡元培希望成立一个民族学研究所，但因人力物力有限，这个希望未能实现。
1928年社会科学研究所成立，蔡元培在研究所中增设民族学组，亲任组长兼研究员。在民族学组里开展了下列研究。
教育独立思想
“教育独立”作为一种思潮，萌发于“五四”之前，发展兴盛于20世纪20年代。由于军阀混战，经济凋敝，北洋政府又不重视教育，国家预算中教育经费比例极低，如1920年前后国家预算中教育经费仅占1.2%左右。仅此有限的预算内经费还常被侵占挪用，也不能如数到位，导致教育经费奇绌，教育事业陷于难以为继的程度。
蔡元培一贯视教育为救国的基本途径，推崇思想、学术自由，加之身为北京大学校长，对政府官僚掣肘、摧残教育有深切的感受，因此是教育独立的积极倡导和支持者，并从理论上加以引导。1922年3月，他在《新教育》上发表了《教育独立议》一文，阐明教育独立的基本观点和方法，成为教育独立思潮中的重要篇章。
他认为政党与教育的对立表现为：
①教育要平衡发展人的个性和群性，政党则不然，它要造成一种特殊的群性，为本党服务，抹杀受教育者的个性。
②教育是求远效的，着眼于未来，其效果不可能在短期内表现出来，所以讲“百年树人”。而政党是求近功的，往往只考虑眼前的利益。
③在政党政治背景下，政权在各党派之间更迭，由政党掌管教育，必然会影响教育方针政策的稳定，影响教育的成效。所以他认为教育要超脱各派政党之外。
为实现教育的真正独立，蔡元培设计了教育经费独立、教育行政独立、教育独立于宗教的具体措施，其中关于教育行政独立的方案是：分全国为若干个大学区，每区设立大学一所，区内的高等专门教育，中、小学教育，社会教育，文化学术事宜均由该大学校组织办理。大学的事务，由大学教授组成的教育委员会主持，校长由教育委员会选举产生。各大学区大学的校长组成高等教育会议，处理各大学区间的事务。教育部只负责处理经高等教育会议议决而与中央政府发生关系的事务，及教育统计报告等，不干涉各大学区事务，教育总长必经高等教育会议认可。这一设想成为南京国民政府初期实施“大学区制”的框架基础。 …
