自己勢力最重要的保證，是在於爭取西太后的信任。1901年底，他到順德府迎鑾，並一路護駕回京，得到“穿黃馬褂和紫禁城騎馬”的賞賜。1903年春天，又隨駕謁陵，西太后曾垂詢練兵和辦鐵路事。他的回答使太后甚為滿意。當年11月，他又接連兩次進京覲見，徵得西太后和奕的同意，成立了練兵處。他用以說服他們的理由是透過練兵處可使軍政和軍令集中於朝廷，以便戰時能更有效地在統一的指揮下聯合作戰。迴天津後，他在督署“三日未見屬員”，“親手擬定”“所有一切章程”。⑥11月6日，他給徐世昌的信中說：“所謂自強者，非湊餉百十萬，募兵數千人之謂也。心須放手經營，籌餉數千萬，練兵數十萬，然後可語自保。”⑦袁氏野心之大，由此可以想見。12月4日，練兵處在北京錫拉衚衕成立，奕匡力為總理練兵大臣，袁為會辦大臣。這是仿照中法戰爭後北京海軍衙門的體制，那時醇親王奕為總理大臣，北洋大臣李鴻章為會辦，握實權。練兵處設提調和軍政、軍令、軍學三司。三司下轄十科。袁身為直隸總督，不能駐北京，便引薦徐世昌為練兵處提調，劉永慶為軍政司正使，袁嘉穀為副使，段祺瑞為軍令司正使，馮國璋為副使，王士珍為軍學司正使，陸建章為副使。並向西太后奏保他們說，“各員隨同臣當差有年，知之最悉，均屬切實可靠”。⑧同時，又奏舉鐵良為練兵處襄辦，表示自己十分重視皇族中的軍事“人材”。練兵處成立不久，奕匡力以自己“衰邁多病”，奏“請太后責成袁、鐵悉心經營，而己但總其成”。⑨這樣，練兵處便為袁所包辦，一切要務都由其爪牙請示他裁決。
練兵處以北洋常備軍營制餉章為藍本，擬定了新軍營制餉章，以及陸軍學堂章程等各項規章制度，命令各省遵照辦理。實際上是將袁世凱編練北洋新軍的一套辦法改頭換面，推行於全國。袁世凱之所以極力控制練兵處，除企圖統一全國的軍制外，另一個重要的考慮就是汲取全國的財力，以充北洋軍餉。因為直隸一省財源有限，如無充足軍餉，就不可能不斷擴軍。所以練兵處一成立，奕匡力、袁世凱就奏請西太后批准，向各省攤派練兵費總計銀八百三十六萬兩。袁世凱一方面以直隸總督的身份帶頭認籌一百一十萬兩，另外還率領直隸官吏捐銀十萬兩，作為練兵費，表示自己對“國事赤誠”；另一方面，他又用會辦練兵大臣的名義，將各省認籌的練兵費集中用於北洋。如1905年，各省實解練兵費總計九百零十一萬兩，其中有六百多萬兩用於北洋各鎮。
北洋軍先成立左右兩鎮（鎮略相當於民國時期的師）。左鎮以六千新練軍為基礎，“增募兩營，共十二營，分為四標，續添馬、炮隊各一標，工、輜隊各一營”，已於1903年6月在保定成鎮，在全國成鎮最早，“實開各常備軍風氣之先”。⑩是年底，左鎮一部分開往遷安、山海關一帶駐紮。右鎮以保陽練軍馬隊及駐馬廠的北洋親軍元字馬步等營裁改歸併，編成步隊一協，馬隊一標，於1904年3月成鎮，分駐小站和馬廠。＇1＇當月，左右兩鎮改稱第一、二鎮，並著手拼湊第三鎮。
先是，1901年春末，應李鴻章的奏請，武衛右軍已陸續由山東調入直隸保定及北京南苑、海淀等處駐防。駐紮在南苑和海淀的一部是由薑桂題統率的。這支受過西式訓練的隊伍，由於“軍規亦知整頓，迭拿匪犯百餘人，地方因而粗安”，很快引起西太后的重視，因此她下令把姜的隊伍留在北京好多年。1902年8月，袁世凱把駐保定的武衛右軍三千人改編為巡警，派往天津至山海關鐵路沿線。至1904年初，便以“巡警營北段”一千五百人為骨幹，又添募新兵，編為第三鎮，調回保定進行訓練。紒紝矠次年2月，又以武衛右軍駐南苑、海淀的一部分，加上1901年由江南調來交袁世凱訓練的自強軍二千人，編為第四鎮，仍駐原地。5月，又把原武衛右軍先鋒隊十二營，加添步隊一協，編為第五鎮，仍駐濟南西關外辛莊和濰縣。＇2＇同時，練兵處奏定全國新軍一律改稱陸軍，並用統一番號。京旗常備軍稱陸軍第一鎮，原北洋第一鎮改為陸軍第二鎮，第二鎮改為陸軍第四鎮，第三、五鎮仍用原番號，第四鎮改為陸軍第六鎮。至此，北洋陸軍六鎮大體拼湊完成。
每鎮轄步兵兩協，騎步、炮兵各一標，工程、輜重各一營，軍樂隊一隊。一步兵協轄兩標，一標分三營，一營又分前後左右四隊，每隊轄三排，每排轄三棚。每棚設正副頭目各一人，正兵四人，副兵八人，共十四人。每鎮官兵定額一萬二千五百一十二名，實際都不滿額。如第四鎮1906年“合計官佐弁護號目兵丁匠役九千七百九十八員”