光绪三十年(1904年)11月，清政府决定以北洋新军为模范，在全国编练三十六镇军队。为此，清政府成立练兵处，以庆亲王奕劻为总办，袁世凯会办，王士珍为军政司正使负责规划。奕劻作为袁世凯的“傀儡”，对军事一窍不通，只知道贪污捞钱，所有的训练计划、厘订饷章、军屯要厄，都是王士珍与段祺瑞、冯国璋商量主持，奕劻只是点头同意而已。由于王士珍为袁世凯立了汗马功劳，他为此向慈禧保荐说:“王士珍随臣当差多年，军务知之最悉，对朝廷切实可靠。”于是，王士珍很快便兼任了第六镇统制官，授正黄旗蒙古副都统，赏头品顶带。
光绪三十二年(1906年)10月，清政府为了检阅新军的编练效果，展示其新的军事力量，决定在河南彰德举行军事演习，即会操。王士珍以军令司正使负责会操。彰德会操引起外国列强的极大关注，英、美、俄、日、法、奥、德、荷、比等国家纷纷派人来观阅。袁世凯自然知道此事的重要性，吩咐王士珍一定积极准备，确保万无一失。阅兵开始后，当中外参观者看到队伍整肃，军容壮盛，无不啧啧称赞，皆曰:“法令之严明，战术之娴习，中国前此未有也。”慈禧太后、光绪皇帝得知彰德会操成功，极为高兴，亲自召见王士珍，予以奖赏。这时王士珍的声望远在段、冯二人之上。是年冬天，兵部和练兵处合并为陆军部，王士珍被任命为陆军部右侍郎。
显赫清末
光绪三十三年(1907年)，王士珍升任江北提督，加陆军部侍郎衔。按清制，武职至提督，皆一品，已为极崇，但不能节制地方。而王士珍所任的江北提督，因为是由江淮巡抚改设而来，其前身为漕运总督，所以有统辖地方之权，并且还兼理漕运事务，可见清政府对王士珍的重用。第二年生母去世，给假三个月守孝，在此期间，王士珍在正定城内西门里街购置宅基地，建起相邻二套宅院的寓所，又在正定城南购买土地十余顷。守孝期满，继续统带第七镇担任江北提督。
光绪三十四年(1908年)，王士珍率领江北新军参加清政府举办的太湖秋操。出发前，王令士兵抬了很多标有“无铅箭”、“饼饵”的箱子，并亲加封印，吩咐下属:“有军令方能打开。”诸将不解，王士珍告诉大家说:“用无铅箭不伤人，饼饵用来犒军的。”
太湖秋操尚未结束，11月28日，安徽新军炮营队官熊成基，联络秋操中革命志士率马炮营新军千余人在安庆起义。清政府十分恐慌，令王士珍出兵镇压。当时带兵的将官既无子弹又无兵饷，仓皇失措。王士珍命打开标有“无铅箭”和“饼饵”的箱子，原来里面装的全部是银元和子弹，稳固了军心。由于王率兵堵截、追击，致使安庆马炮营起义失败。同年，光绪、慈禧相继去世，溥仪继位，生父醇亲王载沣摄政，勒令袁世凯回家养病，袁世凯失宠后，王士珍也申请开缺，一则为避免嫌疑，二则为报袁世凯知遇之恩。所以一辞再辞，直到宣统二年(1910年)才获准。
淡泊民初
宣统三年(1911年)，武昌起义爆发，袁世凯复出，第一个奏请就是让王士珍襄办湖北军务，袁世凯当上总理后，王士珍就成为陆军大臣。他反对段祺瑞的共和宣言，宣统四年(1912年)二月十二日，溥仪退位。王士珍为清室优待条件竭力争取，最后为表示忠于清廷，不愿副署退位诏书，辞官退居家乡正定城内。
袁世凯任大总统后，“北洋三杰”中的段祺瑞、冯国璋的势力逐渐坐大，跟袁世凯离心离德，而段、冯二人也明争暗斗，袁世凯为此昼寝难安，鉴于王士珍不争权夺利，不值私党，便想借助王士珍这位“龙”头大哥压制二人，几次派人去请王士珍担任要职，但都被拒绝，1914年夏，甚至派长子袁克定亲自去请他，下命令袁世凯派儿子袁克定专车去正定请王士珍，临行前，他嘱咐袁克定说:“聘卿不来，弗许归。”袁克定到后，王士珍表示已无意于再参加政治活动。袁克定说:“参不参加政治是一回事，父亲邀请你去京谈谈又是一回事，如果你不去，我也只好留在正定了。”但王士珍还是不为所动。最后是段祺瑞设计，以朋友之道邀请他来车站会晤，被强行架上火车开往北京。王不得已参见袁世凯，立即授陆军上将军衔，5月9日设立陆海军大元帅统帅办事处，任命王士珍为六大办事之一，但实权最大。
统率办事处的成立，其目标显然是对准陆军部长段祺瑞，段祺瑞十分不满，便向袁世凯辞职，而袁世凯也正有此意，想用蔡锷取而代之，为此，向王士珍咨询。王士珍不愿得罪段祺瑞，也不愿军权落入北洋之外的人手中，便沉吟片刻说:“锷乃南人，且对总统颇异之，如用之，北洋诸人心将寒。”袁世凯听后默不着(做)声，不再提起此事。
1915年5月，段祺瑞称病请假以示对袁世凯的不满，王士珍只好暂行代理陆军总长一职。此时，袁世凯原形毕露，想尽快龙袍加身，做中华帝国的皇帝。杨度、梁士诒、陈宦等纷纷奔走劝进，封爵进位后又无不弹冠相庆。但王士珍比较清醒，超然与外，不为帝制所动。有人向他试探，他淡淡一笑:“自己人嘛，用不着这套。”轻轻的把话题推开。云南起义之后，北洋内部分崩离析，为了维护北洋的团结，袁世凯又让他兼任总参谋长，两人密谈退位之法。
6月6日袁世凯羞愤而死后，黎元洪继任大总统，段祺瑞任国务总理，王士珍任陆军总长兼参谋总长。在对德参战问题引起的府院之争中，他提出“德国不可轻辱”的主张。当黎元洪免去段祺瑞的国务总理之职时，他又兼任京畿卫戍司令之职。李经羲当总理时，他还是陆军部长兼总参谋长。
保皇复辟
1917年6月14日，张勋借调停黎、段矛盾之名进京拥清废帝复辟。当张勋的辫子军到京后，王士珍命令步军统领江朝宗用电话通知守城部队打开城门，辫子军象潮水一般涌进城内。7月1日，王士珍随同张勋等把12岁的溥仪抬出来宣布清帝复辟，张勋、王士珍等7人为内阁议事大臣，授王士珍参谋部尚书。不料，7月3日段祺瑞就在马厂誓师讨逆。各省军阀也变了卦，由拥护复辟变为保卫共和了。复辟分子见势不妙，纷纷东逃西散，只剩下了王士珍和陈宝琛，当张勋陷入绝境时，王士珍还出主意要封张作霖为东三省总督，要张作霖进京勤王。这场复辟丑剧仅12天就以失败告终。段祺瑞又重新当上了国务总理，王士珍感到无脸见人，想再次回乡隐居，但段祺瑞不但不谴责其有罪，反而说他维护治安有功，竭力挽留，直系军阀冯国璋成为总统后段祺瑞任国务总理，王士珍则任陆军总长，一时，北洋人心大振，“北洋三杰”也成为世人倾慕的对象。
担任总理
1917年9月1日，孙中山就任广州护法军政府大元帅，宣布段祺瑞为民国叛逆，出兵北伐，开始了护法战争。段祺瑞气势汹汹地要武力统一南方，而冯国璋则主张和平解决，提出“和平统一”排斥段祺瑞，两人之间的矛盾逐渐加剧，到11月中旬，段、冯已经闹的水火不容，对于“虎”、“狗”两家的内讧，王士珍无可奈何，对人连连叹息;“兄弟阋于墙，自毁家门。”11月20日，冯国璋免去段祺瑞国务总理的职务，请王士珍组阁。但王士珍已经厌倦了政治生活，拒绝了冯国璋的请求。于是，冯国璋让人去王士珍门前请愿，并高呼:“请聘老出山组阁，以巩固北洋团体。”王士珍不得已，出任内阁总理，但宣称:“本总理今天一个人来，将来一个人去，决不更动内阁的一个人。”
王士珍组阁后，也不敢得罪势力正盛的段派，使反战的旗号黯然无光，当冯国璋任命段祺瑞为参战督办后，王士珍也向段祺瑞妥协，把陆军总长让给段祺瑞的亲信段芝贵。尽管如此，段祺瑞还是通过报纸对王内阁大肆攻击，又唆使新交通系和徐树铮进行倒阁活动。经不起风波的王士珍被迫于1918年2月“引疾告归”，冯国璋特命内务总长钱能训兼代总理。他的总理任期仅仅三个月，便永久的离开了政坛的是是非非。
1920年10月，江苏督军李纯暴死后，徐世昌大总统任命他为苏皖赣巡阅使，他以老病推辞不就，第二年特封其为德威上将军，管理将军府事务。未及，王士珍退出了军政界。以闲云野鹤自处。不久，宣布担任月薪五百元的北京电车公司董事长。在此期间，他曾回正定小住，为伯母和生母修建“节孝牌坊。”
龙隐京城
王士珍晚年，笃信黄老之术，并结识道学大家段正元，为其修养所折服，便在北京成立道德学社，亲自为社长，聘段正元为社师，宣讲道术和修身养性之道。王士珍归隐后虽然想超然于政事之外，但由于他是北洋的耆老，一些北洋旧人有事还是找他商议，而他也乐意调和其间。直皖战争和直奉战争时，他都以北洋元老的身份居中调停。
1925年2月1日，段祺瑞重新执政后，召开善后会议，请他担任善后会议议长，他坚辞未任。
1926年5月，张作霖、吴佩孚、阎锡山联合起来讨伐冯玉祥，冯部退出北京后，他被北京各知名团体推荐为临时维持治安会会长和京师救济联合会会长，以维持北京的秩序，并一度调停直奉之间的争端。
1928年5月，北伐军向张作霖发动全线攻击，王士珍、熊希龄组织和平运动。张作霖退出北京后，他再次担任治安维持会会长，拒接韩复榘的武力进驻，电请南京政府迅速和平接收北京。
王士珍在军界多年，各方都比较信任他，因此他两次组织治安维持会，尽心竭力的维护社会秩序，使北京免遭战争的灾难，受到京师民众的钦佩，此后，王士珍还几次主持了北京的慈善活动，1930年7月10日，因肠癌而在北京去世，享年70岁(满68岁)。临终时，他写了一份遗嘱，表达了他的心愿。