在1898年6月短暂的戊戌变法中，有过关于军事改革的建议，维新派要求训练一支现代化的陆海军，组织团练并建立保甲制度。变法的失败使得这些提议都只能停留在纸面上，在重新掌权的守旧派影响下，排外的情绪被激起。朝廷决定支持排外的秘密团体义和团。在朝廷的默许下，拳民开始袭击外国人并毁坏铁路和教堂等设施。到了1900年，局势的混乱使得列强惊慌失措。最后，欧洲海军分遣队在天津登陆，清廷随即对各国宣战（6月21日）。到8月14日，八国联军已攻下北京，救出了被困的使馆人员，而帝国朝廷则逃离京师，之后被迫签订《辛丑条约》。
义和团的失败对保守派打击很大，而《辛丑条约》更加深了民族危机。为挽救危局，清政府决定实施改革，即“清末新政”。军事上的改革是新政的重点。甲午战后，北洋大臣袁世凯在华北组建了“新建陆军”，两江总督张之洞在南方组建了“自强军”，但清政府却没有给予足够的重视。这时，这种西式部队被证明是非常有用，且值得推广的。清廷在1904年公布了建立由36个镇组成的常备军的计划，而原有的绿营部队在1901年即开始裁减，到1906年改编为巡营（在1907年改称为巡防营）。这些部队在平时维持治安，战时则作为辅助部队。同时，政府取消了旧式武举，而在各省建立武备学堂，以培养新式军官。
另一个措施是加强海军和建立参谋机制。北洋水师的丧失本是海军建设的一大挫折，经庚子一役，诸海军基地又相继丧失，清帝国已无海防可言。1909年，清政府决定成立海军处，并将残余的水师战舰统一重编成巡洋和长江两舰队。又在1910年改海军处为海军部，力图重振海军。参谋机制上，在1907年即仿照西制成立了参谋部门军咨处，隶属陆军部之下。为了把军事管理和指挥分开，1911年年决定把它升格为独立于陆军部外的军咨府。但清帝国没来得及看到这些改革的成效就寿终正寝了。
负责军事改革的中央机构是1903年成立的练兵处，它在1906年被并入新立的陆军部，其尚书和左右侍郎都是满人。清廷还试图削弱地方督抚的权力，1907年，拥有广泛权力的袁世凯和张之洞就在明升暗调中被剥夺了军权。1908年后执掌大权的摄政王载沣（醇亲王二世）决定进一步加强对军队的控制，在1909年的一道上谕中，他宣布自己（代表年幼的皇帝）对军队行使最高统帅权，他还把自己的兄弟任命为海军处和军咨府的管理大臣。
到清帝国灭亡前夕，其陆军可以号称100万，但大概只有60万战斗人员，其中只有17.5万人是现代化的正规军[25]。可以看出，改革并没有起到其预想的效果。一个原因是财政上的困难，庚子拳乱后，清政府已经无法在军事上投入多少费用了。而地方督抚也因清政府试图削弱他们的权力而反对改革。保守的满洲官僚更不可能支持改革，比如陆军部尚书满人铁良，他在1910年辞掉了这个职务。事实还证明，清政府不可能建立起一支既强大又忠于清帝的军队，加强对各地军事控制的努力也失败了。各支部队是不统一的，装备和素质都不同。直隶的北洋陆军很长时间里都被认为是忠君的，而南方的新军则相对地倾向于革命[26]。尽管清王朝试图建立一支维护其政权的部队，但它恰恰是被新军推翻的，而在1917年企图恢复帝制的张勋的部队，却也是新军的一支。
与军事改革一样，清政府在其它领域的改革也陷入了泥潭。新政不仅要引进西方的经济和军事体制，更重要的是建立起西方的立宪政体。但宪政改革却是不得人心的，革命派把立宪改革当成是掩盖清政府专制的装饰品，立宪派也对清廷关于改革的遥遥无期的许诺失去了信心，反满的情绪遍布于各地，各种革命团体也纷纷建立起来。小的起义和民众运动接连不断，大的革命则在酝酿之中。1911年10月10日，驻汉口的湖北新军发生兵变——这支部队中的许多人之前就被革命派争取过来，尽管缺乏配合，但革命活动仍在几个月内袭卷全国。拥护王朝的旧式军队衰弱到已无力镇压革命，清廷指望的北洋军队统帅袁世凯（起义爆发后他即被重新启用）也在和革命军和谈。最后，在得到一些优待满清王公的承诺后，清帝决定主动退位，于是，宣统皇帝在1912年2月12日颁布了退位诏书。清帝国宣告结束。
清末的改革留下了许多遗产，影响远及民国。清帝国崩溃前夕，全国已建立了近七十所新式军事教育机构，培养了大量的人才。后来成为国民党领导人的蒋中正是保定军校的学生；刘伯承、朱德分别在成都和昆明的武备学堂学习过，他们后来成为中华人民共和国元帅。
更为深远的影响在军人的地位上，经过改革，军人的社会地位提高了，成为一个强有力、有影响的集团。新式教育是促成这一变化的主要原因，在一般的新式军校中，学员不仅要学习军事知识，还被要求掌握一门外语和其它的基础科学知识。新军的士兵，尤其是南方的新军，都能读会写——这在旧式军队中是不敢想象的。教育带来的声望使得军人得到前所未有的尊重。此外，甲午战后，人们开始把军事建设当作是民族复兴的必要手段。在1906年的一道上谕中，朝廷公开提倡尚武精神，对国民的军事教训也发展起来。尽管这些措施的效果十分有限，但传统的重文轻武的思想还是逐渐淡化了。
