北京大学的前身京师大学堂，设立于一八九五年，八国联军侵入北京时遭严重破坏而停办，一九０二年恢复。对该校的性质，时人有一恰当的概括；“官僚养成所”。学生都是京官，称为老爷，他们读书不是求学问，而是为猎取功名利禄。教师大多数是封建官僚，他们是否得到尊重，不决定于学问的深浅，而是官阶的高低。学生想方设法投奔高阶者，以作为毕业后的靠山。
辛亥革命后，京师大学堂改名北京大学，但办学宗旨和师生思想面貌基本依旧，只是无官吏、士大夫学生而已。不少学生还是把读书作为升官发财的阶梯；教师中不学无术者亦不鲜，讲课陈陈相因，敷衍塞责，封建复古主义的陈腐思想自由泛滥。
最高学府的这种状况，引起校内外有识之士的普遍关注。
八月间，马叙伦为浙江省财政厅长赴京开会做准备，而到北京。虽然离别北大和师友才半年多，但他很怀念，便抽暇—一探望。北大的朋友热情招待他，共叙谈了别后的情形和北大现状。他们对学校多有不满情绪，说：腐败之风依旧盛行，内部乱糟糟，简直无从办起。尤其文科，顽固守旧的人尤多，大家都很沉闷。代理校长胡仁源，不率众望，“是在敷衍”，不少人期望速派新校长等等。马叙伦深为共鸣。
陈介石见到高足马叙伦更是亲热。因陈当时是国会议员，所以谈及：“国会里的许多浙江同乡，提议倩蔡元培回国做浙江省长，已去了电报。蔡元培回电说，回国可以，但不愿做官。”
马叙伦对北大情况已有些了解，于是说：“蔡先生是研究教育的，应该办学校。听说北京大学的校长胡仁源有点做不下去了，何妨把蔡先生请回来代替他？”得到陈老师同意。
马叙伦又把这一想法说于汤尔和，他也表示同意，但又说：“蔡先生不是办事之才，你可以帮助他。”
马叙伦因立即辞掉现职有难处，便提出办法说：“我们只须把北大内部布置好了，就不会使蔡先生为难。”接着提出，请倡导新文化运动的陈独秀担任文科学长，请研究相对论的夏元保教授担任理科学长；另外请沈尹默在实际上帮忙。
汤尔和连声称好。
翌日，汤尔和即向教育总长范源廉推荐了蔡元培。教育部此时正急于安排北大校长，而无合造人选，所以对此建议，欣然首肯。遂一面电请蔡元培回国；一面向北洋政府呈请，年末，总统黎元洪发表了任命。
一九一七年一月四日，蔡元培到校任职。他按照西方资产阶级大学的模式和教育方针，对北大进行了整顿和改革。
首先充实教员阵容，吸收进步学者、在文科，聘请陈独秀为学长，李大钊、胡适、钱玄同、刘半农等为教授，和原有教师中已启革新端绪的沈尹默、沈兼土等形成以陈独秀为首的革新营垒。在理科，聘请知名物理学家夏元T4为学长，李四光等为教授。法科已有马寅初、陶益和、高一涵等知名学者。经整顿，教员队伍面貌一新，多数人的思想倾向于革新，有力地推动了教学和学术的发展与提高。
其次，提出“兼容并包”，“思想自由”的办学方针，尊重教员学识，对个人的政治见解和倾向以不影响所授课程为准。各派学者都可在学术上各抒己见，展开百家争鸣，使学校学术空气异常活跃。
还鼓励学术研究，提倡社团活动。成立了新闻研究会、哲学研究会、数理研究会、体育会等数十个社团。
对学制和体制也进行了改革。扩充文理科，合并法商科，将工科划为北洋大学，预科改属本科，撤销文理科界限，废门改系，改年级制为选科制等。
对学校的领导体制，实行了民主办学，教授治校。设立评议会，作为全校的最高立法机构和权力机构。学校的各种章程、条令、学科的废立、教师的学衔、课程的增减与改革、聘请新教授，以及学校费用的预决算等重要事项，都必须经该会审核通过，然后付诸执行。评议员是从各学科学长和教授中选举产生。
这些教育制度、教育思想和学术思想的大改革，对北大的发展起了重要作用。
马叙伦于春节后应蔡元培之电邀，第二次回到北京大学任文科教授。他积极支持蔡元培的改革，成为文科教员中革新营垒成员之一。他为人正直，学有专长，受到大家的信任，被推举为校评议会委员。他还和杨昌济、陶履恭、梁漱溟、胡适、陈公博等发起成立哲学研究会，确定其宗旨为“研究东西诸家哲学，瀹启新知”。对开展哲学研究起了一定的推动作用。
一九一七年七月，张勋复辟，蔡元培离校。沈尹默、马幼鱼、钱玄同等人出来维持北大，马叙伦主动要求参加。沈尹默说：“夷初，你如愿意参加，我们欢迎，但要我们看法一致，一起合作才行。北大内部有反对蔡先生的，拥蔡即所以维护北大。”
马叙伦是拥蔡改革者，当然无疑义，于是他们共同研究，组织了教职员会，公推康宝忠（法学教授，改革的活跃分子）为主席，马叙伦为副主席。他们组织进步教师，同心协力，保证了北大的正常工作。
马叙伦在学术研究和教学中孜孜不倦，成果卓著，被誉为“中文系台柱之一”。
他素志研究中国文字学，计划写成一部《说文解字六书疏证》，但由于参加反袁斗争而中断，这次回北大又结合教学，继续进行这一工作。此外，还担任老庄哲学和周程理学课程，在此过程中发现庄周学说和佛学有许多相同之处，故又开始研究佛学。
他讲课先发讲义，内容多为研究所得，还时有创见。上课时脱离讲稿，常常博引资料随口背诵，很受学生欢迎。
他断续讲授和研究老庄哲学多年，著有《老子校诂》、《庄子义证》等，在国内外学术界很有影响。
正当他专心致力于教学和学术研究时，伟大的“五四”运动爆发了。北京学生为反对军阀政府在巴黎和会签定屈辱条约，出卖主权，举行了爱国大示威。这一革命运动的火炬是首先从北京大学点燃起来的，北大学生是运动的发难者和主力军，英勇地站在斗争的前列，因而许德珩等许多学生被军阀政府逮捕。
蔡元培校长因同情学生的爱国义举和积极营救被捕学生，而遭军阀政府嫉恨，军阀政府声言“要烧北大房子，杀北大学生”，“要以三百万金收买凶手刺杀蔡元培”等。五月九日，反动政府连下三道命令：一、查办北大校长；二、将学生送交法庭；三、整饬学风。蔡元培同情学生，反对卖国，不愿和军阀政府站在一边对学生进行镇压；但又不敢公开与政府对立，遂被迫于五月十日，悄悄离京，出走天津，前往杭州。行前留下一个条子，上写，“我倦矣！杀君马者路旁儿。民亦劳止，汔可小休。我欲小休矣。北京大学校长之职已正式辞去，其它有关系之各学校各集会，自五月九日起，一切脱离关系，特此声明，唯知我者谅之。”（注１）
这一切，使马叙伦对军阀政府极为愤慨。他毅然放下了兴趣正浓的学术研究和著述工作，全力投入斗争中。
蔡元培出走的当晚，北京大学教职员为挽留蔡元培和支持学生的爱国运动，举行了全体会议。大家一致推选马叙伦、马寅初、李大钊为挽蔡代表。他们当夜赴教育部请愿，表示如蔡元培不留任，北大教职员“即一致总辞职”。（注２）
五月十一日，北京中学以上的学校成立了教职员会联合会，推选康宝忠为主席，马叙伦为书记。后康宝忠病逝，马叙伦兼任北京大学教职员会和北京教职员会联合会主席。他肩负维持北大校务和北京教育界代表的重任，把全部精力倾注在挽蔡斗争和支持学生运动上。他出席教师和学生的许多会议，发表演说，宣传反帝爱国主张；还为北大教职员会和北京教职员会联合会起草了所有的宣言、声明，抗议书，以及代表教联会参加同政府当局的谈判等。运动发展到高潮时，他昼夜工作，与各方人员接触，商讨对策，广泛地发动教职员，与爱国学生统一行动，使他所主持的北大教职员会和北京教职员会职合会成为学生运动的有力后盾，和挽蔡斗争的主要力量。
五月十二日，军阀政府对挽蔡请愿无任何表示。于是，以马叙伦为首的教联会代表与各校学生代表，聚集在北大理科第一教室，举行联席会议，再次表明挽蔡决心，学生并准备罢课。十三日，马叙伦等九名教职员联合会代表，再次到总统府请愿，要求挽蔡。各高等学校校长相率辞职，以示声援。
军阀政府被迫，不得不于十四日下令挽蔡。但同时把挽蔡的命令和挽留卖国贼曹汝霖、陆宗舆的命令一并发表，阴谋以挽蔡为名，行保护两个卖国贼之实；而且在十四、五日连发两道命令，称：“有不率训戒，纠众滋事者，查明斥退，”“不服弹压者依法逮惩。”（注３）显然，军阀政府毫无挽蔡诚意，不过是以挽蔡为烟幕，继续向爱国运动进攻罢了。
这更激起了广大学生的义愤。五月十九日，北京中学以上学校的学生一律罢课，向军阀政府提出；（一）向巴黎和会我国代表表示坚决拒绝山东问题签宇；（二）惩办卖国贼曹、章、陆；（三）挽留傅增湘（当时的教育总长）、蔡元培；（四）维持上海和议等四条。井提出罢课，直至满足要求为止。
军阀政府无视民意，加紧镇压，严禁学生集会，出动军警殴打逮捕讲演者，训令三日内复课。
但是学生严正表示；假若卖国贼不罢免，要求不满足，决不复课。六月二日，大批学生出动街头，示威讲演，被反动当局逮捕一百七、八十人；四日，学生举行更大规模的示威游行，到总统府请愿，又被捕约八百人，其中绝大部分是北大学生。军阀政府把学生监禁在北河沿北京大学三院，对学生审问拷打，不给饮食，也不准人送。马叙伦和教联会得知这一情况，立即开会推举八名代表前往探望，他也是其中之一。他们到北大三院，见大门紧闭，戒备森严，附近还搭了二十来个兵棚，六、七百军警包围看守被捕学生。他们欲入内慰问学生，军警横蛮阻拦。马叙伦心急似火。这时，一位外国教师被激怒了，闯门而人，马叙伦接踵冲了进去。军警惧怕“洋大人”，不敢阻拦。他们两人得以进院，其他六位教师仍被截阻在门外。马叙伦见到被监禁的爱国青年，心情非常激动，亲切慰问。学生们也很激动，立刻围上来，十分亲热，急切地希望介绍外面形势。但军警在旁，严密监视，不能言所欲言。马叙伦心生一计，改用文言演说，介绍时局，鼓舞斗志，从容而慷慨。军警不解其意，张目结舌。学生们顿时沸腾，掌声不绝。最后，马叙伦才改用白话，应敷军警照劝几句各自回家的话。学生们吼声四起：“宁死也不回去”。军警面带惧色。青年们的爱国觉悟和牺牲精神，使马叙伦十分欣慰。
为营救被捕学生和请回蔡元培校长，马叙伦还率教联会二十名代表，多次去教育部交涉，和争取社会舆论广泛声援。军阀政府迫于社会压力，释放了被捕学生，并表示催促蔡元培返京复职。这一胜利，使社会上更加明辨是非，分清功罪，维护了“五则”运动的正义性。
一天，北大文学院部分学生傅斯年、罗家伦等在胡适指使下，发起向上海迁校的签名，他们请马叙伦也签名。马叙伦郑重地说：“我们不是要奋斗？奋斗要在黑暗里的。”他未签名。这表达了他与黑暗势力誓不两立，斗争到底的意志和决心。他的主张和行动影响了一些老师和学生，也得到了陈独秀的赞同。陈独秀批评了发起签名的学生，迁校事情就此了结。
“五四”运动，由北京发展到上海、广州等全国各地，军阀政府被迫罢免了曹汝霖、章宗样、陆宗舆三个卖国贼，和拒绝了在“巴黎和约”上的签字。“五四”运动获得了胜利，北京各校相继复课。但是，蔡元培因病仍未回故复职。
马叙伦代表北大教职员的心愿，数次请蔡元培回校。六月二十四日，他致电蔡元培，再次挽留请勿辞职。七月六日，又致函当时在杭州的汤尔和，嘱其面促蔡元培速发打消辞意的电报，蔡元培表示放弃辞意，但因胃病未愈，而派他的学生蒋梦麟做代表，暂代校务。蒋梦麟是江苏教育会的，在北大没有工作基础，又加上北大还有几个人怕江苏教育会掌握学校大权，在下面制造舆论。马叙伦见这种情况，考虑到，如果蒋梦麟来北大不成，蔡元培也就无回北大的希望了，这就妨碍了大局。他一方面致函蔡元培，恳请速归，另又主动为蒋梦麟疏通，铺平来校工作的道路。蒋梦麟来校后，马叙伦当晚就去看望，并帮助工作，出了很多主意。蒋梦麟在给蔡元培手札中说：“今晚九时半到京，寓医校，即晚十时半（胡）适之、（马）夷初、（沈）士远君来谈校事。”“巳将随带之启事，交夷初用油印送各教职员，并揭示校中。”
在马叙伦等相助下，蒋梦城被教授评议会聘请为教授，并担任总务长，代理校长工作。马叙伦此举，蔡元培极为赞佩。八月九日蔡元培在给马叙伦的信中说：“夷初先生左右，五四以后承公苦心维持，北大得以保存，众口同声，弟闻之不胜钦佩。奉前月二十八日，惠书恳切周详，令人感泣。迟迟未报，歉仄万分。既不能与北大脱离关系，本宜如来示所揭，早日北行。惟胃病未痊，尚不堪舟车之劳……因而北行之期不能不稍缓……”（注４）。在马叙伦等北京大学的广大师生殷切盼望下，蔡元培病愈后于九月十二日回校主持工作。
马叙伦还营救过“五四”运动中的先进人物陈独秀。一九二０年的一个傍晚，马叙伦得到军阀当局当夜要逮捕陈独秀的消息，焦急万分。他所知陈独秀住在东城脚下福建司胡同刘叔雅家，相距约十五、六里，时间紧迫，去通知已来不及。他机智地决定，借电话求距陈独秀住处较近的沈士远教授转告。但在电话中又不能说出陈独秀的名字，他便说：“告前文科学长速离叔雅所。”(注５)陈独秀及时躲避。翌日晨，在李大钊同志伴同下，化装乘骡车离开北京，脱险。
“五四”运动的实践，使马叙伦认识到：推翻清王朝，打倒袁世凯，救国大业仍未完成，必须继续刻苦奋斗。
注１、２《北京大学校史》，第79页。
注３ 蔡晓舟、杨景工编，《五四》，《近代史资财》，1955年第2期。
注４ 蔡元培手迹，存北京日书馆。
注５ 马叙伦。《石屋余沈》，第133页。