袁世凯的真面目，早为一部分革命党人所认识，吴禄贞就是其中之一。阎锡山在吴禄贞的劝说下，与吴共组燕晋联军，出兵石家庄，一时在北方造成强大的革命声势。但当吴禄贞被刺后，阎的态度立即起了变化。
　　1911年12月初，南北议和已经开始，袁世凯违约派第三镇进攻山西民军。在大军压境面前，阎既慑于袁的威力，又对袁抱有幻想，遂同意同盟会员景梅九的建议，致函袁世凯谓，如果袁能“协同军民，颠覆帝制，然后敷政共和，与民更始”，则拥袁为中华民国“第一任大总统”。南北议和后，阎由归绥地区南返，行至忻州，收到袁不许他继续前进（即不承认他为山西都督）的电令。在这种情况下，阎锡山认为袁手中不仅握有重兵，而且将接任中华民国临时大总统，整个政治天平已倾斜到袁的一边，于是一面请求孙中山给予支持，一面派人向袁输诚；又在建都问题上站在孙中山的对立面，赞同袁世凯建都北京的主张，并声称“以形势论，以事实论，以对内对外论，目前自无舍北就南之理”。篡夺了辛亥革命胜利果实的袁世凯，看到阎锡山不同于其他同盟会员，遂任命阎锡山为山西都督。从此，阎即主管山西。
　　同盟会于1912年 8月改组为国民党，阎锡山被任为参议。由于袁世凯对革命党人恨之入骨，阎遂于1913年春宣布脱离国民党；继而又根据袁11月 4日的命令，饬令山西“各县知事将国民党分设机关一律解散”，并听任袁派到山西的爪牙金永（山西巡按使、民政长）肆意打击、迫害以至杀害同盟会员。所以，袁于1914年 6月改各省都督为将军之时，又任阎为同武将军，令其督理山西军务。
　　1915年袁世凯阴谋称帝，阎锡山首先向筹安会提供经费银币二万元，接着又连电劝进，把辛亥革命贬低为“新旧弟嬗时代之权宜手续”，认为“以中国之情决不宜沿用共和制度”，“非厉行军国主义不足以图强，欲厉行军国主义非先走君主立宪”不可，要求“废共和而行帝制，以帝制而行宪政”，并恳求袁“以大有为之才，乘大有为之势，毅然以救国救民自任，无所用其谦让”，而登基称帝。袁阅后喜不自胜，批复“颇有见地”。袁称帝后，于12月21日封阎为一等侯。
　　袁世凯倒行逆施，遭到全国人民的反对。蔡锷、唐继尧等在云南成立护国军，发布讨袁檄文，向北京进军之时，阎锡山仍站在袁世凯一边，致电北京国务院，声称“滇黔等省竟以少数地方二三首领擅立政府，私举总统，实属破坏大局，不顾国家”。当袁就护国军反对帝制征询各地大员意见时，阎指斥唐继尧等为“不忠不义不仁不智”之徒，恳请皇帝“褫革唐继尧、任可澄、蔡锷等官职荣典，宣示罪状”。1916年 3月，当袁被迫撤销帝制后，阎犹通电要求滇黔诸君“痛加悛悔”，否则他将把护国军将领“视为公敌，与众共弃，愿效前驱，以伸挞伐”。
　　阎锡山拥戴袁世凯称帝，可谓不遗余力。后来他竟然说，这乃是根据孙中山的指示，为了保存北方革命力量而采取的措施。