1907年8月底，年届四十的蔡元培由柏林迁往莱比锡。学期开始后，在莱比锡大学哲学系注册入学。有意思的是，他在学籍卡上所填写的年龄为35岁，他可能觉得40岁不能入学了。他听课并研究哲学、心理学、美学诸学科。在生活上，他开始了素食，“一直吃到民国十年”，尽管后来因腿疾在医生劝告下恢复了肉食，但还是偏重素食。

辛亥革命爆发后的次月，蔡元培动身回国。这次留德前后四年，他与各方革命志士保持密切的书信联系，除了求学之外，他还编著了《中国伦理学史》等一批学术书籍。

抵达上海后，蔡元培于12月7日回到杭州的家，探视夫人黄仲玉，子无忌、柏龄，女威廉。日记记载三个字：“返杭州。”

归心似箭，为了家更为了革命事业。两天后他又赶赴上海，随后去南京。12月25日，孙中山由欧洲回抵上海。12月29日，蔡元培在南京出席临时大总统选举会议。候选人是孙中山、黎元洪和黄兴3人。当时17省代表参选，每省1票，孙中山以16票当选中华民国首任临时大总统，黄兴得了1票（见《孙中山年谱长编》第604页）。

开天辟地，辟地开天。1912年1月1日，中国历史上第一个共和政权——中华民国宣告成立。孙中山就任临时大总统。1月3日，蔡元培进入孙中山的内阁，被任为中华民国第一任教育总长。最初孙中山提名章太炎为教育总长，因各省代表会中有不少反对者，因此改为提名蔡元培，由黄兴向代表会说明，经投票一致通过。蔡元培曾力辞，但不允。

民国初创，如何用人、用什么人是一个难题。1912年1月12日，临时大总统孙中山给教育总长蔡元培有一封复信，收录在《孙中山全集》第二卷中，其中主要谈的是用人问题，孙中山的主张是“惟才能是称，不问其党与省也”，具体谈到章太炎，他说那只是友谊上的小嫌隙，不能拿他跟“反对民国者”作比（见《孙中山全集》第二卷第19页，中华书局1981年8月第1版）。在《蔡元培全集》第二卷附图中，收录了该信的手迹。

孙中山属于意志非常之人，他曾对蔡元培说：“我不善处成功，而善处失败；愈失败，我的精神愈焕发。”而在众多的绍兴籍辛亥志士中，若要“论资排辈”，那么蔡元培先生当然排在首位。然而，“蔡元培比起其他一些辛亥志士来，与孙中山的交往不能算是最密切的，他们之间的友谊既无洪波巨浪，也无传奇色彩，用一句俗语来形容倒是很恰当的：‘君子之交淡如水’！”学者胡国枢在《孙中山与蔡元培的真挚友谊》一文中如是说（见《孙中山与浙江》一书第61页，1986年8月第1版）。

后来袁世凯篡权，在北京就任临时大总统之时，在就职典礼上，蔡元培代表孙中山致祝词，希望袁世凯“为我中华民国造成巩固之共和政体”（见高平叔撰著《蔡元培年谱长编》上卷第419页，人民教育出版社1996年3月第1版）。世人大多没想到，袁氏当国没多久，他就做起了皇帝梦，把共和抛在了脑后，恢复了帝制，毁掉了共和。更没想到的是，这个袁大头上得急也倒得快，现在看去简直就是一个山寨版皇帝。