段祺瑞看到袁世凯又老又病的样子，何况又认了错，于是慨然答应竭力相助1912年3月，袁世凯想当皇帝的谣言开始流传，6月25日他专门为此通电辟谣。到1913年9月二次革命被镇压下去后，袁的亲信就有人进言，隐隐地提到实行帝制。段祺瑞是反对帝制的，他一直不相信袁世凯企图做皇帝的说法，多次在公开和私下的场合为袁世凯辩解。然而，流言越来越多，终于有一天徐树铮告诉他，有人在暗中策动袁世凯当皇帝，段芝贵、雷震春、张镇芳都是局中人。

于是，段祺瑞在一天晚饭后邀请段芝贵来打麻将。打完麻将后，段祺瑞把段芝贵留了下来，问他有关帝制的传闻。段芝贵虽然一直热心袁世凯当皇帝，却坚决否认袁世凯有这个企图，而且表明自己也不清楚是怎么回事。最后，段芝贵问：“假若，我说的是假若，老头子有此意思，你看法如何？”

“万万使不得！”段祺瑞毫不犹豫地说：“此种事必遭天下人反对。”

不久，段祺瑞又问雷震春，雷震春也矢口否认。1914年春天，等到段祺瑞从开封回到北京，袁世凯欲帝制自为的风声已经路人皆知了。袁世凯先下令解散国会，推行新约法，成立政事堂，又大规模地恢复清朝制度和官场仪式。一时间，复古浪潮甚嚣尘上。但袁世凯表面没能承认帝制，只在暗中怂恿和操纵。

这时，段祺瑞也不能不有几分相信了。他决心对袁世凯忠言相劝。当他向袁世凯提及此事时，袁世凯却平静地反问道：“你这些话从哪里听来？”

“外边都传得有声有色，总统难道未曾耳闻？”

“荒唐！”袁世凯有些怒气，“简直荒唐！”他停了一下，又说：“这些都是无稽之谈。有些人就爱无风起浪，我总不能封住他们的嘴吧？”“不过，此种传闻对总统极为不利，对造谣惑众者应严惩。”

段祺瑞的肺腑之言却使袁世凯摸清了他对帝制的态度，这个昔日的左膀右臂在帝制的问题上不能为自己出力，反而会横加阻挠，于是产生了走马换将的想法。1915年11月，袁世凯公开暗示了自己对帝制的态度，他说：“宣统满族，业已让位，果要皇帝，自属汉族，清系自明取得便当找姓朱的，最好是明洪武的后人，如找不着，朱总长(朱启钤时任交通总长)也可以做。”

12月23日，袁世凯仿照历代皇帝在天坛举行了祭天仪式，把复古浪潮推向了顶峰。

在帝制活动逐渐公开之时，段祺瑞基于对袁世凯当年的“知遇之恩”，再次慨然相劝，袁世凯却模棱两可，敷衍了事。看到了袁世凯对谈话心不在焉的样子，段祺瑞动情地说：“总统，祺瑞自小站跟随总统，鞍前马后，将近20年，总统知遇之恩，祺瑞没齿难忘。如今国势危殆，倘有变动，后果不堪设想。祺瑞无知，赤诚可鉴，望大总统三思。”袁世凯也装作推心置腹的样子说道：“芝泉，你是我老部下，难道还不了解我吗？我可以告诉你，皇帝我是决不做的。如今我这个大总统与皇帝又什么不同？如为儿孙计则更不可。克定是个残废，其他几个也都无此才能。你尽可放心，不要胡思乱想。”

段祺瑞一片愚忠，袁世凯考虑的却是由何人来代替他任陆军总长。最先打算由蔡锷取代段祺瑞，但未能实现。袁世凯又转而说服王士珍，王士珍虽然与段祺瑞有矛盾，但两人毕竟是小站的老朋友，也抹不下面子，极力推辞。老谋深算的袁世凯于是想釜底抽薪，调开徐树铮。

徐树铮是段祺瑞的得力助手和智囊。此人聪明绝顶，才华出众，12岁时中了秀才，在小站时就投奔了段祺瑞，被送往日本士官学校学习，回国后，一直受到段祺瑞的重用。先后担任军学司司长，军马司司长兼管总务厅事，并创办了段军部的机关报《平报》。1915年，升为陆军次长。段祺瑞经常不到部里，陆军部大权被徐树铮掌握。如果调开徐树铮，等于砍去了段祺瑞一只胳膊，段祺瑞在陆军部的势力自然大为削弱。

袁世凯婉言提出要调徐树铮去参谋部时，段祺瑞极力压住心中的怨愤与怒气，说：“很好，请大总统先撤了我再说吧。”

虽然这样，段祺瑞仍苦口婆心地劝袁世凯不要冒天下之大不韪愈发引起袁世凯的厌憎之心，连徐树铮都明白袁世凯是铁了心要当皇帝，段祺瑞去劝他只不过是徒费口舌，而且会加剧两人的分裂。段祺瑞却一意孤行。

一次，段芝贵也劝段祺瑞说：“老头子向来很器重你，可你在帝制问题上却一直顶牛，他怎能不生气呢？何况，总统、皇帝还不是一回事，你何必太认真？”段祺瑞却皱着眉说：“那可不是一回事。项城做总统，见面只要敬礼、握握手就可以了，如果做了皇帝，见他就得磕头，话也得跪着说。我最恨这种长子变矮子的把戏。”

段祺瑞不喜欢磕头，他认为自己身为军人，军礼表示的就是最大的敬意。当年西太后从西安返回北京时，沿途官员、将领及清军统统跪下迎接，惟有段祺瑞部都是站立挂枪敬礼，表示最大的敬意。载沣加以严斥，段祺瑞毫不退让，闹到西太后那里。那拉氏经八国联军之后，对洋人事事顺从，听说这是洋礼，也就默许了，事情就这样不了了之。

但段祺瑞对袁世凯的虔诚却被认为是背叛，袁世凯对他说“你回去吧！我看你脸色不好，应该休息了。”接着，有人上门来劝段祺瑞身体不好，应该注意休息。1915年5月31日，段祺瑞被迫称病请辞，袁世凯假惺惺地给假两个月。8月29日，假期将满之际，袁世凯正式解除了段祺瑞陆军总长的职务。

段祺瑞称病后，袁世凯任命王士珍署理陆军总长，随后又解除了徐树铮陆军次长的职务，同时加强了对段祺瑞的监视。在段府附近安排了不少密探。“病中”的段祺瑞实际上已被袁世凯软禁。

8月14日，以杨度为首的筹安会成立，段祺瑞大受震动，先后两次去总统府，但袁世凯避而不见。段祺瑞的续弦张夫人是袁世凯的义女，她是前清西巡抚张芾的侄孙女，其父张瀛为袁世凯之至交，张瀛夫妇去世后，袁世凯便将张女收为义女抚养。两家本来关系亲密，现在却难得走动。

1915年12月12日，袁世凯帝制自为，改中华民国为中华帝国。次日，袁世凯在居仁堂匆匆登基。段祺瑞没有参加登基大典，他在公馆与徐树铮说：“项城作孽啊！”

徐树铮也慨叹：“天作孽，犹可违；自作孽，不可活。”

袁世凯称帝后，果然如段祺瑞预料的一样，局势一发不可收拾，众叛亲离。“五将军密电”传到北京，袁世凯知道大势已去，在这四面楚歌声中，他只得把段祺瑞请了回来。段祺瑞是反对帝制的，但他不反袁，他说：“要我公开反对袁项城，做不到；否则，人家要指我脊梁骨，骂我忘恩负义。”

袁世凯在徐世昌的建议下，准备请回段祺瑞。为了避免碰钉子，袁世凯事先让夫人于氏打电话到段公馆的张夫人。这是两家断绝来往后母女第一次通话，相对哽咽。于夫人便把意思告诉了张夫人，并叮嘱道：“不管咋说，总统病了，芝泉总得看一看吧。”

次日，袁世凯派人手持亲笔信函赴段公馆邀请段祺瑞，来人还带口信说，总统让转告总长，请看在多年的老交情上，务必前往一叙。段祺瑞不好再推辞，于是到中南海拜晤袁世凯，袁世凯躺在病榻上，面色赤红，但说话正常。见到段祺瑞，袁先表示自己后悔没有听段的话，以致有今日内外交困的局势，希望段祺瑞念及小站的情分，务必出来帮助稳定局面。段祺瑞看到袁世凯又老又病的样子，何况又认了错，于是慨然答应竭力相助。

3月20日，袁世凯召集徐世昌、段祺瑞、黎元洪三巨头开了一次紧急会议。看到谁都不肯先发言，袁世凯只好自己先说：“事至今日，帝制已不可为，只有取消了。取消帝制后，可以恢复从前的样子。”袁世凯的意思是想继续担任大总统，撤销帝制是最后的让步，在总统问题上决不妥协。

“芝泉，你说说吧？”

段祺瑞自见到了袁世凯后，便开始考虑稳定时局的措施，这时不慌不忙地说出了几点，主要意思是首先取消帝制，宽容西南起事人员，采取和平姿态达到停战目的。这个主张与袁世凯出山时向清廷提出的条件有惊人的相似处。袁世凯有些不快然而说道：“芝泉的意见很好，但若南方欺人太甚，得寸进尺，那将怎么办？”

段祺瑞说现在不能一味用武，先退一步再说，事情总有解决的办法。看到段祺瑞表示取消帝制后，仍承认袁世凯的大总统地位，袁世凯稍稍放了心。

第二天，袁世凯又召集有关人员，讨论撤销帝制问题，并通过了关于取消帝制的电稿，送往印铸局，准备当天晚上通电全国。可是直到第二天，也没有见到通电。段祺瑞急了，连忙打电报询问，印铸局说电稿送来后不久又被袁世凯派人取回去了。段祺瑞吃惊不小，连忙会同徐世昌直奔中南海。

袁世凯面容平静，口气淡淡地说：“哦，是我叫人取回的。”停了一会，又解释道：“里头有几个字，我想改动一下，改好后就让人送回去。”段祺瑞和徐世昌都明白事情决不会如此简单。

据说袁克定知道电稿后，对袁世凯说，西南方面不让你做皇帝，你便取消帝制，若不满你做总统，你怎么办？于是，袁世凯就撤回了电稿。

3月22日，袁世凯还是发表了撤销帝制的通电，宣布废除洪宪年号，83天的皇帝梦结束了。这一天，段祺瑞回到家里，张夫人高兴地迎上来说：“老头子终于醒了。”段祺瑞脸上却露出了古怪的笑容。

3月24日，段祺瑞与徐世昌商议，以黎、徐、段三人的名义致电西南护国军首脑，表示“帝制取消，公等目的已达，务望先戢干戈，共图善后”之意，黎元洪也表示同意。但段祺瑞没有将电稿立即发出，而是想观望一下，暗中摸摸西南方面的底。可是，大出意料的是3月28日，在他毫不知晓的情况下，电报竟然已经发了出去。

段祺瑞简直气歪了鼻子，他打电话给徐黎二人，二人皆不知情，再打电话给总统府，才知道是袁世凯指示发出的。原来，袁见段迟迟不发这份电报，惟恐他态度有变，就指示把电稿发了。

段祺瑞觉得自己又被袁世凯愚弄了，怒气冲冲地说：“都到什么地步了，还要这么包打天下。好吧，你事事要管，那就让你一个人去管吧！”

4月1日，袁世凯亲拟了一份关于议和条件的电稿，派人送给段祺瑞征求意见，段祺瑞原封不动地将此退回。袁世凯又派人送来，段对来人说：“总统想怎么办就怎么办好了，不必来问我。”

这边袁、段出现新矛盾，南方却咄咄逼人，要求袁世凯退位。4月中旬，蔡锷、唐继尧等联名提出6项条件，这6项条件极其严厉：(1)袁退位后免其一死，但必须逐出国外。

(2)诛帝制祸首杨度等13人以谢天下。

(3)大典筹备费用及用兵费6000万，应查袁氏及帝制祸首13人的财产赔偿之。(4)袁氏子孙三世应剥夺公民权。

(5)依照民国约法，推举黎元洪副总统继任大总统。

(6)除国务外，文武官吏照旧供职，但关于军队驻地，要接受护军都督的指令。

南方要袁世凯退位，袁世凯却死抱着总统不放。段祺瑞撒手不管，北洋将领或主和或主战，徐世昌这个不满一个月的国务卿觉得夹在中间白白受气，于是提出辞职。

于是，袁世凯想到的还是段祺瑞。段祺瑞在反对帝制时与西南方面保持默契，与蔡锷、梁启超等也有联系，交涉起来有利。退一步，若和谈不成用武力，段祺瑞也是最佳人选。对于袁世凯的提议，段祺瑞也毫不客气地提出一个先决条件：让他做国务卿可以，但必须实行责任内阁制，即由段祺瑞掌握实权。

当时，在内外交困的情况下，袁世凯束手无策，只得作出让步。4月21日，他下达了恢复责任内阁的电令。4月22日，段祺瑞就任国务卿，开始大刀阔斧地干了起来。

首先，他撤政事堂改国务院，废国务卿改国务总理，接着又提出裁撤统率办事处、总统府机要局、军政执法处三机关，并收容模范团、拱卫军为陆军部。袁世凯得知后，气得浑身发抖，连连骂道：“段芝泉别有用心！别有用心！”

段祺瑞大权在握，则主张和平解决，反对用兵。但西南方面却坚持和平解决的前提是袁世凯必须引退。段祺瑞也只好拖着日子，袁世凯疑心又起。这时，蔡锷、梁启超又愿推举段为摄政取代总统，袁世凯对段祺瑞更加猜疑，在许多事情上暗中掣肘，袁段之间的冲突连连不断。

段祺瑞提出徐树铮任国务院秘书长。秘书长虽不是阁员，但却是他的直接助手，比阁员还重要，袁世凯却主张由原政事堂机要局局长王式通担任。段祺瑞当然不愿身边多一个袁世凯的心腹，于是托王士珍向袁世凯说项。王士珍老奸巨猾，当面表示答应，其实根本不提，段祺瑞又让张国淦和袁世凯说。袁世凯以总理是军人，秘书长再弄个军人不合适为由推辞。张国淦无可奈何回见段祺瑞。段祺瑞勃然变色，鼻子立时向左歪斜。

段祺瑞的和平方案没有进展，袁世凯却怂恿皖、鲁、奉、吉等六将军公开电请武力解决，不惜一战，段祺瑞则坚决反对。袁世凯大怒道：“和又和不了，战又不想战，你到底想干什么？”

段祺瑞也毫不客气地回答：“如果总统坚持用兵，那我只有辞职。”

果真，段祺瑞立即递上辞呈。袁世凯又气又恨，索性撇开段祺瑞，亲自出面主持对西南的军事行动。然而此时的袁世凯已是心有余而力不足，坐镇江宁的冯国璋态度暧昧，四川将军陈宦、湖南将军汤芗铭通电独立。终于，58岁的袁世凯一病不起了。

1916年6月5日，袁世凯病情陡然恶化。于夫人哭着告诉了张夫人，总统病危，急欲见段祺瑞一面。段祺瑞火速赶到怀仁堂。

听到段祺瑞来了，袁世凯睁开眼，微微点头示意。段祺瑞弯下腰，压低声音问道：“总统，有何吩咐？”

袁世凯半晌不做声，而后对段祺瑞说：“芝泉，今后一切都要靠你了。”这是袁世凯对段祺瑞的临终嘱托，不知是希望段祺瑞照顾好袁家，还是主持大局，抑或两者兼而有之。次日上午，袁世凯病逝。

人一死，段祺瑞对袁家完全抛弃了以前的怨恨，对袁世凯进行隆重的国葬，表现了对袁世凯的极大忠诚。

段祺瑞通令全国下半旗致哀，停止娱乐一天，学校停课一天，文武官吏停止宴会27天，在财政几乎崩溃的情况下，拨银币5万元作为丧葬费，成立恭办丧礼处，内务总长王揖唐和周自齐等筹办大丧典礼，段祺瑞率各部总长轮流守灵，河南巡接使负责营建袁氏之墓，占地近140亩，工程持续两年才完成。

6月23日，段祺瑞以总理的身份主持政府公祭，各国使节、文武大员尽数到场。灵车用的是当年运送慈禧太后棺柩的豪华胶轮车，并派马、步兵近两个团护送，段祺瑞亲自扶柩送至前门车站。