科举制度是中国封建社会的教育考试制度，是封建政府遴（lín）选官员的主要途径。时至近代，一些有识之士不断地指出，这一制度已成为社会发展的障碍。谭嗣同认为，变通科举是“育才之本”，提出自1896年起，各种考试都应兼考一门西学。不能晓西学的人，虽然八股文做得极好，也不予录取。要变法，就应当以教育为急务。但是，中国的教育制度落后于西方，自明朝以来，采用的是八股取士的科举制度，科举考试只许在四书五经范围内命题，应考人员不能发表个人见解。考生答卷行文格式严格规定由破题、承题、起讲、入手、起股、中股、后股、束股八个部分组成。文体死板，内容空洞，千篇一律。这种禁锢人们思想的科举制度，使知识分子将少壮心力都用于死记硬背八股文，虚耗精神。这种制度对治国兴邦、挽救民族危亡毫无用处。八股取士导致人们对科学测算一无所知。为培养国家有用的人才，必须废除这种陈腐的教育制度兴建学校。而教育贤才，又应当以学习算学、物理、化学为主。
1895年，谭嗣同与好友唐才常、刘善涵等商量，准备在浏阳设立算学馆。谭嗣同上书欧阳中鹄和湖南学政江标，请求将浏阳南台学院改为算学馆。谭嗣同又拟定了算学馆《开创章程》和《经常章程》，除规定时间学习算法外，其余时间温习儒家经典、历史，阅览外国史事、古今政事、中外交涉、算学、物理、化学、等书籍及各种报刊。谭嗣同的主张，得到他的教师欧阳中鹄及唐才常等人的支持，但是他们的行动却遭到顽固派的激烈反对。那时，浏阳灾情严重，所以算学馆的兴建被迫搁浅。在这种情况下，谭嗣同邀集16人，组织了一个小型的算学学社，自己出资，购买书籍，聘请教师，开展活动。经过千辛万苦，终于在1897年初建成了浏阳算学馆，迈出了举办新政的第一步。
时务学堂，是湖南新政中一个重要的成果，也是培养维新变法人才的基地。谭嗣同为了它的创立和发展，花费了很多的心血。1896年冬，湖南名士王先谦等人上书湖南巡抚陈宝箴，倡议在长沙设立时务学堂。次年春开始筹办工作。熊希龄被陈宝箴任命为提调（相当于校长），总理校务。学堂的经费，一部分来自当地士绅的捐助，一部分由陈宝箴拟于矿务余利及其它款项下逐年酌量提拨专款。经过多方努力，两江总督（地方最高长官，辖江苏、安徽和江西省）刘坤一也允诺从湘岸盐务中每年拨款7000金，作为时务学堂的补充经费。然而有人从中作祟，只划拨5000金。为此，谭嗣同立即致函在籍侍郎（中央政府六部的长官）龙湛霖的儿子龙□（bá）瑞，恳请龙待郎向刘坤一疏通，争取按原议拨款。8月，熊希龄完成招生工作，在黄遵先的建议下，熊希龄等人决定聘请上海《时务报》的主笔梁启超和英文翻译李维格，分别担任时务学堂的中、西文总教习。9至10月间，熊希龄连续致函《时务报》总理汪康年，商请梁启超、李维格二人赴湘工作，谓“时务学堂初立，一切读书章程、专候梁、李两总教习到湘中酌定”。熊希龄还担心汪康年不放人，所以致函在南京的谭嗣同做汪康年的工作。谭嗣同接信后，接连致函汪康年，催促他允许梁启超、李维格赴湘。
11月，梁启超按时赴湘，同时还带来中文分教习叶觉迈和韩文举，充实了时务学堂的力量。在南京，谭嗣同还四处奔走，为时务学堂选购所需要的仪器，并运至长沙。时务学堂哪里有困难，他就挺身而出，多方奔走、筹划，那里的困难也就迎刃而解了。为了把时务学堂办成宣传维新变法、培养变法人才的阵地，谭嗣同曾夜访唐才常，特请唐才常去时务学堂任中文教习，助梁启超一臂之力，从而加强时务学堂维新派的力量。在此期间，谭嗣同全部身心都投入到时务学堂的工作中，他的举动深为大家所敬重，熊希龄曾建议陈宝箴委派谭嗣同担任时务学堂总理。
谭嗣同经常与梁启超、唐才常共同研究时务学堂的工作，并给予他们大力支持。在课堂上，梁启超通过给学生讲授康有为的孔子改制、公羊三世等学说，来阐发变法维新、民主政治和反对清朝专制统治的思想。时务学堂鼓励学生阅读介绍西方社会及政治学说和自然科学知识的书籍。学生稍有进步思想，即在学生的札记上予以鼓励。谭嗣同把黄宗羲的《明夷待访录》中抨击君主专制制度，主张限制君权的内容和揭露清朝建立初年清军南下，在扬州大肆屠杀十天的暴行的《扬州十日记》，用活字印刷，加上按语，暗地散发给学生和其他要求进步的青年阅读，向他们传播资产阶级民主和反清的思想。
谭嗣同、梁启超等维新志士以学堂为阵地，讲授西方资本主义政治学说和自然科学知识，宣传维新变法理论，倡导民权学说，使不少以前深受封建思想桎梏的学生呼吸到了新鲜空气，思想大为解放。后来，他们当中的一些人成为唐才常自立军起义的骨干，有的参加了孙中山在檀香山组织的资产阶级革命团体兴中会。梁启超在时务学堂的讲稿，被列为《中西学门径书》，由1897年4月江标、唐才常等人创办的《湘学报》连续刊登，促进了变法思想更广泛地传播。接替江标为学政，并担任《湘学报》督办的徐仁铸还在《輶（yu）轩今语》的跋语中加以赞扬。《湘学报》与时务学堂互相配合，使长沙以外的湖南知识分子，都能够了解湖南实行新政的情况。
在时务学堂的影响下，湖南的一些开明士绅请求更改书院章程，岳州府士绅郭鹏、方付鸾等请求岳阳书院设置经学、史学、时务、地理、数学、诗歌散文六门课程。宝庆府武冈州拟将鳌山、观澜、峡江三书院的课程一律改为实学。时务学堂的设立对湖南学风影响巨大。谭嗣同在湖南推行新政的另一个重要内容是创办《湘报》（日刊）。《湘报》由谭嗣同、唐才常创办于1898年3月7日，在长沙出版，每天1张。唐长常、熊希龄主编。主要内容有社论、奏疏、圣旨、本省及国内外政治、经济、军事新闻等。在此之前，湖南曾刊行《湘学报》旬刊，曾不遗余力地鼓吹维新变法。但是，谭嗣同考虑到，列强纷纷加紧了对中国的侵略和掠夺，因而要使民众更快地知晓国内外的局势，知晓中国所处的困境；而且新闻的时效性很强，今天是新闻，到明天已不能算新，何况10日呢？因此，要体现“每天都有新的内容和思想的追求”“并将这种风气传播到其他省”的精神，所以重新创立《湘学》日刊。
《湘报》是维新派宣传新思想和变法主张的喉舌，它所发表的论说文章一针见血，不仅有很强的感染力，令人精神振奋，同时具有深刻的说理性，让人从中受到民主思想的熏淘。《湘报》曾发表易（上：目；下：科）的文章《中国宜以弱为强说》，文章主张“西法与中法相参”、“民权与君权两重”、“听民兴利除害”。这一天的报纸刚问世，便不断遭到顽固派的责难。陈宝箴也不得不因此而小心翼翼地责令报社不要再发表类似这篇“过于偏激、惊世骇俗”的文章。张之洞也为此痛斥这篇文章是“十分悖谬，见者人人骇怒”。严令报社痛改前非。谭嗣同先后在《湘报》上发表20多篇文笔犀利的宣传维新变法的文章。此后在《湘报》上便很少见到谭嗣同的文章，这无疑说明张之洞对谭嗣同等人宣传维新的思想的压制，而谭嗣同等人那一篇篇像投枪一样的文章也的确使旧封建的顽固势力胆战心惊。《湘报》对西方资本主义社会的政学说，对西方资本主义民主政治制度的介绍，对维新变法思想的鼓吹和宣传，对湖南以及各地维新运动的支持和介绍，推进了人们的思想解放，增强了人们救亡图存、维新变法的自觉性。
维新运动的高涨，引起了封建顽固势力的极大恐惧和仇恨。他们攻击康有为、谭嗣同等维新派人士是“名教（封建正名定分礼教）罪人”、“士林败类”。指责维新变法思想是“异端邪说”叫嚣“天下的祸患，不是外国列强，而是奸党（指维新派）。”他们要求清政府严惩康有为、谭嗣同等人，清除维新派。这种变法与反变法的斗争，在湖南表现得尤为尖锐。岳麓书院院长王先谦纠集一批顽固守旧士绅，向陈宝箴递交《湘绅公呈》，攻击谭嗣同，梁启超、唐才常等人使时务学堂的学生“不复知忠孝节义为何事”，咒骂南学会倡导一切平等是“禽兽之行”，“树立无君无父的乱党”，指责民权学说是“背叛孔子的学说，毁灭败坏贵贱尊卑的伦理道德的常规”。并要挟陈宝箴整顿时务学堂，解除维新派教习。他们著书撰文，攻击自由、平等、民权学说是大逆不道。逼走南学会主讲人之一皮锡瑞，并给南学会邵阳分会负责人樊锥加上“率先倡导邪说，背叛孔子学说，败灭论常，惑世诬民”的罪名，将其驱逐出湖南。
当时，面对王先谦、叶德辉等人对湖南维新事业的恶意的攻击诬蔑和阴谋破坏，维新派没有被吓倒，仍然一如既往地从事维新活动。湖南的顽固派看威胁诬蔑没有达到他们的目的，王先谦等人便气急败坏地唆使在京的湖南人一齐上书朝廷，弹劾（t2nh6）陈宝箴等人。这些奏章恰巧被赞成维新的刑部官员杨深秀看到，他立即上书光绪皇帝，为陈宝箴等人鸣不平，赞誉湖南新政取得的成就，批驳那些顽固势力的诬蔑之词。光绪皇帝看到这些不同观点的奏折后，对湖南的新政事业大加鼓励，同时谴责顽固派的论调。
但是顽固派并未因此而停止对维新派的攻击和阻挠。他们在长沙城内外，贴满了匿名标语，对维新人士进行肆意攻击。他们纠集一些人哄散南学会，殴打《湘报》主笔，阴谋捣毁时务学堂。梁启超被迫出走，其他维新派人士也不得不离开长沙。在这严峻的形势下，谭嗣同感到：人在，维新事业就能延续下来；人走了，维新事业就半途而废，顽固势力便会乘机卷土而来。因此，他毫不犹豫地留在湖南，并且坚决地说：“平日各位互相劝勉的都是‘杀身灭族’四个字，在这关键时刻怎么能刚遇到一点点灾祸就改变维新变法改造中国的初衷呢……？今天能闹到新旧两党流血遍地，中国才有复兴的希望……现在只是看谁勇猛了。”