1920年，代理文科学长陶孟和准许了9名女生入校旁听，引起社会上的议论和教育部的批评，甚至总统徐世昌都出面警告北大当局，认为国立学校应该保持“崇高的道德水准”。但是当时并无法律明文禁止男女合校，已经回到北大的蔡元培就凭这一点，没有请求政府的许可，便正式批准了那9名女生注册为北大正式学生。自此，北大开始正式招收女学生。
1920年2月，因考试期已过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，开我国公立大学招收女生之先例。
蔡元培提出了“学为学理，术为应用”，“学为基本，术为枝叶”的观点。蔡元培先生指出：“教育者，养成人格之事业也。”
蔡元培先生明确指出：国文分两种：一种实用文，在没有开化的时候，因生活的必要发生的；一种美术文，没有生活上的必要，可是文明时候不能不有的。
蔡元培是20世纪初中国资本主义教育制度的创者。他明确提出废止忠君、尊孔、尚公、尚武、尚实的封建教育宗旨。倡导以军国民教育、实利主义教育为急务，以道德教育为中心，以世界观教育为终极目的，以美育为桥梁的资产阶级民主主义的教育方针，初步建立了资产阶级的新教育体制。
有人问蔡元培：“兼收女生是新法，为什么不先请教育部核准？”蔡元培说：“教育部的大学令，并没有专收男生的规定；从前女生不来要求，所以没有女生；现在女生来要求，而程度又够得上，大学就没有拒绝的理。”
蔡元培在回复林琴南的一封信中谈到了自己的两种办学主张，第一条便是：对于学说，仿世界各大学通例，循思想自由原则，取兼容并包主义，无论有何种学派，苟其言之成理，持之有故，尚不达自然淘汰之命运者，虽彼此相反，而悉听其自由发展。
蔡元培组织各种学术研究团体（如哲学会、雄辩会、阅书报社、书法研究社等），把学生的课余兴趣吸引到学术研究方面来。蔡元培殷切希望学生专注学业，但又不赞成死读书。他说：“研究学理，必要有一种活泼的精神，不是学古人‘三年不窥园’的死法能做到的”。
1917年1月9日，蔡元培发表就任北京大学校长的演说，对学生提出三点要求：一日抱定宗旨，二日砥砺德行，三日敬爱师长，将“抱定宗旨”置于首位。1917年1月9日，北京大学举行开学典礼，蔡元培发表就职演说，这就是著名的《就任北京大学校长之演说》。蔡与北大学生约法三章：一是抱定宗旨，“大学者，研究高深学问者也”；二是砥砺德行，“诸君为大学学生，地位甚高，肩此重任，责无旁贷，故诸君不惟思所以感已，更必有心励人”；三是敬爱师友，“自应以诚相待，敬礼有加，至于同学共处一堂，尤应互相亲爱，庶可收切磋之效。”
蔡元培的教育实践多在高等教育方面。他任北京大学校长时，提出大学的性质在于研究高深学问。他提倡学术自由，科学民主。主张学与术分校，文与理通科。将“学年制”改为“学分制”，实行“选科制”，积极改进教学方法，精简课程，力主自学，校内实行学生自治，教授治校。他的这些主张和措施，在北京大学推行之后，影响全国，以至有人称他为自由主义教育家。
蔡元培坦陈：教育是要个性与群性平均发达的。政党是要制造一种特别的群性，抹杀个性。例如，鼓励人民亲善某国，仇视某国；或用甲民族的文化，去同化乙民族。今日的政党，往往有此等政策，若参与教育，便是大害。教育是求远效的，政党的政策是求近功的。……若把教育权也交与政党，两党更迭的时候，教育方针也要跟着改变，教育就没有成效了。所以，教育事业不可不超然于各派政党之外。
蔡元培先生在北大讲授的惟一课程是《美学》。一位同学的回忆录中记载下当时课堂的情境：“他教的是美学，声浪不很高，可是很清晰，讲到外国美术的时候，还带图画给我们看，所以我们觉得很有趣味，把第一院的第二教室完全挤满了。第一院只有第二教室大，可坐一二百人，……挤的连讲台上都站满了人，于是没有办法，搬到第二院的大讲堂。”
蔡元培谈及自己的教育理念：大学教育的目的与观念是明确的，就是要使索然寡味的学习趣味化，激起人们的求知欲望，我们决不把北大仅仅看成是这样一个场所——对学生进行有效的训练，训练他们日后成为工作称职的人。……这所大学还负有培育及维护一种高标准的个人品德的责任，而这种品德对于做一个好学生以及今后做一个好国民来说，都是不可缺少的。
蔡元培说：“教育者，非为已往，非为现在，而专为未来。”
蔡元培任民国教育总长时，范源濂任次长，他们办教育的方法相对立。范说：“小学没有办好，怎么能有好中学？中学没有办好？怎么能有好的大学？所以我们的第一步，当先把小学整顿。”蔡元培说：“没有好大学，中学师资哪里来？没有好中学，小学师资哪里来？所以我们第一步，当先把大学整顿。”
蔡元培在跟吴稚晖的一封信中谈到：大约大学之所以不满人意者，一在学课之凌杂，二在风纪之败坏。救第一弊，在延聘纯粹之学问家，一面教授，一面与学生共同研究，以改造大学为纯粹研究学问之机关。救第二弊，在延聘学生之模范人物，以整饬学风。
1912年蔡元培任南京临时政府教育总长时，主持修订了教育部的学制，第一次在政府法令条文中宣布教育上的男女平等。不久，我国初级小学实行了男女同校。由于守旧势力异常强大，高等学校到五四运动前夕仍未实现男女同校。教育部对此畏首畏尾，各大学都不敢提议招收女生。蔡元培非常不满此等现状，又是在北京青年会进行演讲，又是对上海《中华新报》记者发表谈话，公开倡导高校男女同校。蔡元培说：“一提议，必不通过。其实学制上并没有专招收男生的明文；如招考时有女生来报名，可即著录；如考试及格，可准其就学；请从北大始。”于是北大首先有了女生，各大学仿行，教育部也就默许了。
