閻錫山就任山西軍政府都督。

袁世凱的真面目，早為一部分革命黨人所認識，吳祿貞就是其中之一。閻錫山在吳祿貞的勸說下，與吳共組燕晉聯軍，出兵石家莊，一時在北方造成強大的革命聲勢。但當吳祿貞被刺後，閻的態度立即起了變化。
　　1911年12月初，南北議和已經開始，袁世凱違約派第三鎮進攻山西民軍。在大軍壓境面前，閻既懾於袁的威力，又對袁抱有幻想，遂同意同盟會員景梅九的建議，致函袁世凱謂，如果袁能“協同軍民，顛覆帝制，然後敷政共和，與民更始”，則擁袁為中華民國“第一任大總統”。南北議和後，閻由歸綏地區南返，行至忻州，收到袁不許他繼續前進（即不承認他為山西都督）的電令。在這種情況下，閻錫山認為袁手中不僅握有重兵，而且將接任中華民國臨時大總統，整個政治天平已傾斜到袁的一邊，於是一面請求孫中山給予支持，一面派人向袁輸誠；又在建都問題上站在孫中山的對立面，贊同袁世凱建都北京的主張，並聲稱“以形勢論，以事實論，以對內對外論，目前自無舍北就南之理”。篡奪了辛亥革命勝利果實的袁世凱，看到閻錫山不同於其他同盟會員，遂任命閻錫山為山西都督。從此，閻即主管山西。
　　同盟會於1912年 8月改組為國民黨，閻錫山被任為參議。由於袁世凱對革命黨人恨之入骨，閻遂於1913年春宣布脫離國民黨；繼而又根據袁11月 4日的命令，飭令山西“各縣知事將國民黨分設機關一律解散”，並聽任袁派到山西的爪牙金永（山西巡按使、民政長）肆意打擊、迫害以至殺害同盟會員。所以，袁於1914年 6月改各省都督為將軍之時，又任閻為同武將軍，令其督理山西軍務。
　　1915年袁世凱陰謀稱帝，閻錫山首先向籌安會提供經費銀幣二萬元，接著又連電勸進，把辛亥革命貶低為“新舊弟嬗時代之權宜手續”，認為“以中國之情決不宜沿用共和制度”，“非厲行軍國主義不足以圖強，欲厲行軍國主義非先走君主立憲”不可，要求“廢共和而行帝制，以帝制而行憲政”，並懇求袁“以大有為之才，乘大有為之勢，毅然以救國救民自任，無所用其謙讓”，而登基稱帝。袁閱後喜不自勝，批覆“頗有見地”。袁稱帝後，於12月21日封閻為一等侯。
　　袁世凱倒行逆施，遭到全國人民的反對。蔡鍔、唐繼堯等在雲南成立護國軍，發布討袁檄文，向北京進軍之時，閻錫山仍站在袁世凱一邊，致電北京國務院，聲稱“滇黔等省竟以少數地方二三首領擅立政府，私舉總統，實屬破壞大局，不顧國家”。當袁就護國軍反對帝制徵詢各地大員意見時，閻指斥唐繼堯等為“不忠不義不仁不智”之徒，懇請皇帝“褫革唐繼堯、任可澄、蔡鍔等官職榮典，宣示罪狀”。1916年 3月，當袁被迫撤銷帝制後，閻猶通電要求滇黔諸君“痛加悛悔”，否則他將把護國軍將領“視為公敵，與眾共棄，願效前驅，以伸撻伐”。
　　閻錫山擁戴袁世凱稱帝，可謂不遺餘力。後來他竟然說，這乃是根據孫中山的指示，為了保存北方革命力量而採取的措施。