在民族危亡之际，光绪帝也表示他“不欲为亡国之君”。康有为的《上清帝第五书》辗转送达光绪手中后，“皇帝览之，肃然动容，指篇中求为长安布衣而不可得及不忍见煤山前事等语，而语军机大臣曰：非忠肝义胆，不顾生死之人，安敢以此言直陈于朕前乎。①①见《戊戌变法》（一）第250页。”后来，针对“若开议院，民有权而君无权”的论调，光绪帝表示：“但能救中国耳，若能救民则朕虽无权何碍”？这表明光绪帝已决心寻求新的治国安民之术，实行变法。
1898年6月11日，光绪帝发布“明定国是”诏，开始变法。五天后，光绪帝召见康有为，询问变法步骤。鉴于上有西太后扼制，下有顽固旧臣阻挠，康有为献策道：“请皇上勿去旧衙门，而惟增置新衙门，勿黜革旧大臣，而惟渐擢小臣。多召见才俊志士，不必加其官，而惟委以差事，赏以卿衔，许其专折奏事足矣①①同上，第251页。”光绪帝采纳康有为的建议，先后擢升候补知府谭嗣同、内阁中书林旭、刑部候补主事刘光第和内阁候补侍读杨锐为四品京卿，在军机章京上行走，参预新政。康有为也被任命为总理衙门章京上行走，可专折奏事。谭嗣同等军机四卿既是光绪帝推行新政的工作班子，又是光绪帝和康有为之间联络的桥梁。光绪有所垂询则令四卿传旨，康有为有所陈奏，也由四卿密陈。
自宣布变法之日起，光绪帝不断发出有关变法新政的诏书，甚至一日数令，倾泻而下。在此期间，康有为又先后上了三十余道奏议，并与谭嗣同等全力策划新政，对政治、经济、军事、文教等诸多方面提出改革建议，制定政策。应光绪帝的要求，康有为昼夜不息，将所著《日本变政考》加案语其上，“一卷甫成，即进上，上复催，又进一卷①①见《戊戌变法》（四）第150页。”。康有为在所进呈的书中，详细阐发了他的变法主张，涉及官制、财政、宪法、海陆军、农工商矿各事。其中不少案语被光绪帝采纳“以为谕旨”，这些新政之旨“多出奏摺之外，枢臣及朝士皆茫然不知所自来”①①见《戊戌变法》（四）第150页。变法的主要内容包括：政治上，广开言路，准许自由开设报馆、学会，裁并机构，淘汰冗员；经济上，提倡实业，设立农工商总局和矿务铁路总局，创办国家银行，编制国家预决算；军事上，裁汰冗兵，采西法精练陆军，筹办兵工厂，添设海军，加强国防力量；文教方面，开办京师大学堂及各级学校，废除八股，设立译书局等等。
应该说，戊戌变法的措施是比较齐全、配套的。但是，诏书的发布并不等于实际的执行。各省督抚将纷至沓来的新政诏书搁置一边，并不照办，或推诿迁延，或明从暗抗。除了在湖南得到了巡抚陈宝箴的支持、贯彻，取得了一定实际效果之外，其他地方收效甚微。
随着变法诏令的不断发布，全国上下出现了一个表面上的维新高潮，“朝野议论，无处不谈康有为”，议论新法，高谈变法，成为一种时髦。在高潮的表象之下，维新派与顽固派的斗争日趋激烈。慈禧太后在变法诏令下达后五天，连下三道指令，撵走了帝党领袖翁同芬怨铝⒐庑鞯郏任命荣禄为直隶总督兼北洋大臣以控制军队，同时令凡新授二品以上大员都要到太后面前谢恩，抓住了用人大权。此后，慈禧“视皇上已同釜底游魂，任其跳跃，料其不能逃脱，于是不复防闲，一听皇上之所为①①见《戊戌变法》（一）第261页。”。9月，慈禧太后与荣禄密谋，欲借天津阅兵之机，废黜光绪帝。康有为等维新派虽获悉阴谋，却苦于毫无根基，一筹莫展。万般无奈之下，只好冒险将一线希望寄托在袁世凯身上，结果被袁世凯出卖。9月21日，慈禧发动政变，囚禁光绪帝，逮捕维新派，废除新法，重行听政。谭嗣同等六君子被杀，康有为被迫逃亡日本，戊戌变法就此夭折流产。
康有为逃到日本后，正在日本从事革命活动的孙中山主动提出和他联合起来，共同进行推翻清王朝的革命。康有为拒绝了这一建议，他对孙中山派来的代表陈少白等人说：“今上圣明，必有复辟之一日，余受恩深重，无论如何不能忘记。惟有鞠躬尽瘁，力谋举兵勤王，脱其禁锢瀛台之厄，其他非余所知，只知冬裘夏葛而已①①见冯自由的《革命逸史初集》第49页，中华书局1981年出版。”表明了他矢志保皇的决心。
1899年3月，康有为离开日本，远赴加拿大。不久，他在加拿大千岛与侨商李福基、冯秀石等创立“保救大清皇帝会”，简称保皇会，并指派梁启超等弟子陆续在美国、墨西哥、中美、南美、日本、南洋等地建立组织。康有为自任保皇会会长，梁启超、徐勤任副会长，以保救光绪、反对慈禧、抵制革命为宗旨。1900年国内爆发了义和团运动。康有为乘机提出了“助外人攻团匪以救上”的方针，主张起兵勤王。在康、梁的鼓动下，唐才常、林圭等人秘密联络长江会党，组织了“自立军”，康、梁等则在海外积极筹款。但康有为始终未以筹集的款项接济军事，唐才常的武装起义被迫一再延期。为此，保皇会内颇多不满，指责康有为中饱私囊。8月，自立军总部被查封，唐才常等被杀，勤王活动宣告失败。
1902年，康有为发表了《答南北美洲诸华商论中国只可行立宪不能行革命书》，站在保皇的立场上，诅咒革命，宣称只要“皇上一复辟”就会“立予国民自由自主”，提出了“满汉不分，君民同治”的观点。这篇文章出笼后，遭到革命派的坚决反击。章炳麟为此写下了著名的《驳康有为论革命书》一文，全面系统地批驳了康有为保皇立宪的主张。
同年，康有为完成了他的《大同书》。书中，康有为具体地描绘了未来的大同社会。在大同之世，“天下为公，无有阶级，一切平等”，那时将没有国家和家庭，全世界只有一个总的政府。大同社会之中，男女平等，婚姻自由，人人有参政权，各级政府皆由民选；人人参加生产劳动，按期为社会服务，各以其劳作收入自由享用。康有为还周密设计了大同社会中衣、食、住、行、生、老、病、死，以至器用、家具、沐浴等细节。他的这部《大同书》很受毛泽东的重视。
自1905年起，清政府为了挽救摇摇欲坠的统治，预备仿行宪政，先后简派亲贵大臣分赴各国考察政治。1906年9月正式下诏，宣布预备立宪。康有为闻讯后欢欣鼓舞，说慈禧太后“甚悔戊戌之举，近与皇上相得甚欢”，合力推行宪政。“皇上不危，无待于保”，通告各地保皇会于1907年元旦改为国民宪政会（后正式定名为帝国宪政会）。康、梁等这时更激烈地反对革命，并以《新民丛报》为基地挑起了与革命派的论战。不过，康有为等虽有心投靠，慈禧却不忘宿怨，仍然视康、梁为“叛逆”。1908年7月，还查封了梁启超组织的政闻社，说该社“内多悖逆要犯”，命令地方官“严拿惩办，勿稍疏纵，致酿巨患”。康有为满以为可以回到国内，大展宏图，推行宪政，“扫除中国四千年之秕政”，不料被拒之门外，只能做一个看客，心中无比惆怅。
1911年10月，辛亥革命爆发。这时康有为感恩戴德的“旷代之圣主”光绪帝已经死去。光绪帝没有儿子，由他三岁的侄儿溥仪继承帝位，其父戴沣为摄政王。武昌首义后，各地闻风响应，满清皇室已成孤家寡人，行将倾覆。康有为在日本闻讯后“惴惴恐栗”，连忙写了《救亡论》和《共和政体论》两篇文章，攻击革命，反对民主共和。他说：“积四千年君主之俗，欲一旦废之，甚非策也①①转引自李新、孙思白主编的《民国人物传》第1卷第325页，中华书局1978年出版。”他建议实行“虚君共和”制，幻想以“旧朝旧君”或孔丘嫡裔充当“虚君”，唯恐满清皇室就此覆没。
1912年中华民国建立，宣统皇帝宣布退位。在中国延续了两千多年的封建帝制终于被推翻。康有为哀痛于清王朝的灭亡，顽固地以清室遗臣自居，念念不忘复辟。他接连发表文章，攻讦共和政体，说共和是祸乱之根源。1912年10月，康有为指使弟子陈焕章等在上海发起成立了以尊孔读经、复辟清朝为宗旨的孔教会，并于次年11月就任总会长。他还创办了《不忍》杂志，在该刊发表文章攻击辛亥革命造成“举国礼坏乐崩，人心变乱”，主张定孔教为国教，以孔子配享天坛，说民主共和制不合中国“时宜”，非复辟不能救中国。1913年8月，他的弟子陈焕章、梁启超曾联名上书国会，要求在宪法上明定孔教为国教。1916年9月，康有为还亲自上书北洋政府，要求“以孔子为大教编入宪法”。
康有为鼓吹孔教的目的，是企图以此敲开复辟之门。孔教会成立后，拉上了清王朝的忠实走卒张勋为名誉会长。早在1913年，他们就策划过一次武装复辟的阴谋，计划乘镇压“二次革命”的时机，当袁世凯被打得疲惫不堪时，由张勋发动武装复辟。但由于张勋接受了袁世凯的指令出兵南京，袁又派亲信扼守张的后方，使这个复辟计划未能实现。1916年6月，袁世凯死后不久，康有为即致信张勋说：“挟旧君即以安中国，将军其有意乎①①引自李新、孙思白主编的《民国人物传》第1卷第326页，中华书局1978年出版。？”鼓动张勋寻机复辟。
1917年初，军阀政府内部围绕是否参加第一次世界大战展开了激烈的“府（总统府）院（国务院）之争”。乘此混乱之机，张勋于6月14日率“辫子军”进京“调停”。康有为也立刻赶到北京，与张勋一道策划复辟。7月1日，他们捧出末代皇帝溥仪“重登大宝”，宣布中国重新成为“大清帝国”。康有为受命为弼德院副院长。
张勋的倒行逆施立即引起了全国人民的愤怒声讨。7月12日，段祺瑞率“讨逆军”攻入北京，张勋逃入荷兰公使馆，康有为则藏身美国使馆，复辟闹剧草草收场。这期间，康有为不改其顽固立场，写了《共和平议》一书，坚持认为中国如果实行民主共和，终将毁灭。
1917年后，康有为仍然念念不忘复辟清室，他游走于国内各地，作为亡清的孤臣孽子，与许多反动军阀政客来往。这时，他作为一个政治上的风云人物已被人们遗忘，丧失了政治活动的资本和影响力。时代在突飞猛进，康有为的顽固政治立场却无丝毫改变。他长住上海，还不忘“大清恩德”，甚至在垂危之际仍上折溥仪，“谢恩”表忠。他野心不死，直至1924年还在梦呓般地讲述他的一套复辟清室的反动计划。
1927年3月21日，康有为抱着他那永远也无法实现的复辟梦想，怀着对革命的恐惧和诅咒病死于青岛，终年七十岁。