在学习期间,他曾回原籍参加科举考试,当时特设数学附生额,因他擅长算术,考中秀才。后返回天津武备学堂继续学习军事。冯国璋学习刻苦,精通枪炮阵式,熟习营垒作业,各科成绩优秀,曾得到该学堂总办荫昌和德国教官的赏识。
光绪十五年(1889年)7月,冯国璋从该校以优异成绩毕业,当时冯国璋已届而立之年,他不安于现状,想大立军功,出人头地,于是在光绪十九年(1893年)进入聂士成军中效力。在中日甲午战争前夕,冯国璋曾随聂士成赴东北和朝鲜等地考察和测绘地形,为时半年,跋涉数千里,餐风宿露,历尽艰险。所达之处,对山川要塞均用新法绘图说明,地形地物,了如指掌。所搜集的资料以聂士成之名编成《东游纪程》一书,由冯国璋任注说编辑,及至第二年聂士成率部在朝鲜和东北等地抗击日军时,这部著作发挥了极大的指导作用。故此,冯国璋得到了聂士成的垂青,被任命为该军军械局督办。
辛亥革命
宣统三年(1911年)8月,清政府为了震慑革命人民反清斗争力量,决定在直隶永平府(今卢龙)举行秋操,冯国璋被任命为东路总统官。10月10日,武昌新军爆发了起义,迅即占领武汉三镇。清政府急忙派陆军大臣荫昌率两镇北洋军赴湖北镇压革命,同时又任命冯国璋为第二军军统,随后增援南下。冯国璋在率军南下路上,唯袁世凯的密令是听,根本不理会荫昌的指挥。当冯国璋率军途经彰德时,只身去洹上村向袁世凯请示机宜,袁世凯授意冯“慢慢走,等等看”六字秘诀,并对冯国璋说:“非筹备周妥,计出万全,断难督师进攻。”
清政府迫于无奈,只得请袁世凯出山。袁世凯得势后,马上奏请由冯国璋接替荫昌第一军军统职务。冯国璋即按照袁的指示,调兵遣将,作好进攻准备。当清廷被迫授袁世凯军政全权以后,袁世凯才命令冯国璋攻打汉口和汉阳起义新军。于是冯国璋命令部将李纯、王占元和陈光远,指挥三协北洋军轮番猛攻。起义新军面对北洋军的猛烈攻势,化整为零,躲在汉口街道两边的建筑物内狙击北洋军的进攻。冯国璋见起义新军拼死抵抗,难于长驱直入,便决定放火烧毁街道两旁的商店和民房,使起义军无法存身。
11月1日,冯国璋借风势命令冯国璋戎装士兵放火,烈火由北而南,由东而西,一时间整个汉口便成了火海,三天三夜未熄,使方圆30里的繁华商埠倾时成为一片焦土,商民损失不可计算。攻陷汉口后,11月27日,冯国璋又指挥北洋军攻占了汉阳。此一役,冯国璋被清廷封为二等男爵。正当长江一鼓可渡、武昌垂手可得之时,袁世凯为了借用革命力量迫使清帝退位交权,密令冯国璋“按兵不动”。冯国璋一时摸不着袁世凯的意图,并对袁世凯产生怀疑,于是亲自赴京托人向隆裕太后启奏,请求拨给饷银400万两,可独力平定叛乱。隆裕太后表示,400万两饷银一时难以筹划,但可以先拨发3个月的饷银,并准备临朝时召见冯国璋。不料袁世凯抢先一步见了太后,使冯国璋的如意算盘成为泡影,甚至还差一点被袁世凯干掉。不久,段祺瑞迅速抵达汉口,接替冯国璋指挥北洋军的职务。
12月15日,袁世凯命令冯国璋离汉赴京,任禁卫军总统,兼察哈尔都统。禁卫军是光绪三十四年(1908年)组建的一支保卫清王朝的武装,共一师二旅,计1.2万人。除步兵第三标是汉人外,其余各部官兵全系满、蒙军人。冯国璋之所以能以汉人统帅禁卫军,是因为他以前曾为陆军贵胄学堂总办,且近在汉阳之役又被封二等男爵,再加上民国元年(1912年)1月1日孙中山就任中华民国临时大总统后,袁世凯曾指使冯国璋等15名北洋将领发表了“誓死拥护君主立宪,反对共和政体”的通电,因此,王公贵族都认为他效忠清室,予以信赖。冯国璋被清廷任命禁卫军总统,从而完全掌握了京畿防务大权。
袁世凯逼迫清帝退位,遭到禁卫军官兵的反对,以致议和条件迟迟不能发表。这时,冯国璋决心助袁一臂之力,亲赴禁卫军总部召集全体官兵,高声宣布大清皇帝辞位后之优待条件,对于禁卫军额数俸饷亦仍维持不变,声言非此不能保全皇室。冯国璋并以身家性命担保,尊号仍存不废,让权不让位,两宫保全及禁卫军待遇皆担保到底,无论个人调任何职,必仍以禁卫军自随。于是一场企图阻碍清帝退位的禁卫军风波被平息下来,冯国璋在关键时刻为袁世凯篡权立下了汗马功劳。民国元年(1912年)9月,冯国璋出任直隶省都督兼民政长。