为了变法的成功，谭嗣同已经随时做好了赴汤蹈火流血牺牲的准备。当时，谭嗣同等维新派在湖南推行的变法工作，遭到破坏，几乎全部停顿。面对朝野内外强大的顽固势力对维新事业的阻挠和扼杀，谭嗣同感受到在中国实行变法的艰巨性和必要性，因而在进行和平改革遇到破坏时，他又开始寻求用武装斗争的手段改造中国的途径。
哥老会是清朝具有反清性质的秘密团体，成员来自手工业工人、破产农民、退伍军人和游民，他们的首领称“袍哥”。据记载，湖南是哥老会组织的重点活动地区，约有12万会员，他们崇尚刚正侠义，经常袭击劫夺豪强及贪官污吏的不义之财，而相约不侵扰平民。哥老会组织的特点及其反清宗旨，使谭嗣同为之向往。因此，谭嗣同与唐才常决定按照毕永年提供的线索，联络大江南北的哥老会与散兵游勇，在其内部设立自立会，作为哥老会的领导核心，准备在时机成熟的时候，使这支反清力量发挥作用。并准备在京结纳有志之士，作为接应。
1898年6月11日，光绪皇帝颂布“定国是诏”，决定变法。此后，侍读学士（翰林院中讲论经史以备咨询的官员）徐致靖于6月13日上奏折向光绪皇帝推荐谭嗣同与康有为、张元济等。认为谭嗣同具有超绝的天才和无可比拟的学识，忠心爱国，勇于担当重大的事情，不躲避艰难，不畏惧别人的攻击和怀疑，在朝廷中可以任命为参谋之官，在地方可以为皇上冲锋陷阵制敌取胜。如果谭嗣同等被皇上重用，以备皇上咨询参与新政或在学堂工作，使他们任教，或开办译书局，让他们从事翻译工作，一定能做得恰如其分，轻而易举，很快地显见出实效来。奏折当天上奏。光绪皇帝当天就有上谕令“送部引见”。
谭嗣同接到上谕后，感到光绪皇帝决意变法维新，中国的改革有了希望，国事大有可为，自己的理想就要付诸实现了。他兴奋得彻夜未眠。但这时的谭嗣同头脑是十分清醒的，他知道光绪皇帝宣布变法，只是表明变法的开始，今后的道路会更艰难，将面临更大的阻力和考验。离行前，他再三嘱咐妻子李闰，要“视荣华如梦幻，视死辱为常事，无喜无悲，听其自然”。在给时务学堂学生的留言中，他引用佛经上“我不入地狱，谁入地狱”之意，写下了“我不病，谁当病者”的话，从而表明谭嗣同时刻准备为变法献身的勇敢精神。
在湖南新政蓬勃发展的时候，康有为、梁启超等人为鼓吹变法维新思想，阐发改革主张，劝说光绪皇帝赞同变法做了大量工作，取得了显著的成就。
在1896年至1897年初，以康有为为代表的维新派知识分子为了“去塞求通”，有助于发现和铲除社会弊端，创办了一系列报刊，这些报刊成为宣传维新变法思想和主张，批判并回击封建顽固派的阵地。比较著名的有徐勤等主编的上海强学会机关报《强学报》（上海），梁启超任主笔、汪康年任总经理的《时务报》（上海），章太炎任撰述的《经世报》（杭州），章太炎主笔的《译书公会报》（上海），夏曾佑创办的《国闻报》（天津）。这些报刊如雨后春笋般地纷纷问世，在中国是史无前例的。
梁启超的《变法通议》、《论中国积弱由于防弊》、《论君政民政相嬗之理》等重要文章在《时务报》陆续发表，深刻揭露封建专制制度的腐败，猛烈抨击顽固势力的因循守旧，明确提出中国要变法图强，必须学习西方资本主义国家的政治制度和教育制度，系统阐述了变法维新理论，着重强调了变法的必要性。
《时务报》很受知识界的欢迎，数月间销行万余份，成为维新派的主要喉舌。《国闻报》陆续发表了严复翻译的英国生物学家赫胥黎的《天演论》（进化论），其目的在于说明中国如能顺应“进化”的规律，进行变法，那么就会由弱变强，否则将会沦于亡国灭种而被淘汰。号召人们“自强保种”，救亡图存。这在当时的思想界，确实象一阵惊雷，震动了全国。许多人纷纷以进化论为武器，要求改弦更张，寻找新的出路。
与报刊相呼应的是谭嗣同主持的南学会、时务学堂等全国各地的学会、学堂。在谭嗣同、康有为、梁启超、严复等维新志士的宣传、组织和影响下，出现的学会和报刊，不但打破了清朝统治者对结社的禁令，在城市知识分子和士绅中初步形成建立民主性团体的风气，更重要的是在不同程度上宣扬了救亡图存的爱国主义精神，传播了西方社会政治理论和自然科学的新知识，培植了平等、自由的思想，从而为变法维新运动扩大了社会基础。维新派自己创办的学会和报刊，联系了一批具有民主意识和变革志向的知识分子，这是中国国内最早形成的一支自觉的民主力量。在这支力量的带动和影响下，全国议论时政的风气已经形成，封建的传统思想和顽固守旧的社会风气受到了巨大的冲击。
1898年1月29日，康有为呈递了《应诏统筹全局折》（上光绪皇帝第六书），请求光绪皇帝正式确定维新变法政策，选拔人才，改革中央政权机构。在这次上书中，康有为再次申述变法的重要性，批驳顽固派对变法维新的种种责难。他说，世界各国，皆以变法而强，守旧而亡。中国要想救亡图存，必须效法日本明治维新，全面变法。当务之急是采取三项措施：如召集群臣，诏定国是；设上书所，广招贤才；开制度局（具有立法职能的新政领导机构），重定章程等。康有为建议光绪皇帝仿效日本的经验，设立法律、度克（掌管财政）、学校、农、工、商、铁路、邮政、矿务、游会、陆军、海军等12局，推动中央变法，实施新政。光绪皇帝对这个奏折非常满意，把这个奏折放在御案上，每天都要浏览，对于世界各国胜败兴衰的原因更加明了。光绪皇帝实行变法的志向更加坚定。
康有为除给光绪皇帝上书外，又于4月在北京发起组织以救亡图存为号召的保国会。保国会以“保国、保种、保教”为宗旨，在北京、上海设立总会，各省、府、县设立分会。在保国会的影响下，保浙会、保川会、保滇会相继成立。保国会的出现，为后来的百日维新作了直接准备。
自1895年公车上书以来，资产阶级维新思想得到广泛传播，维新派的力量不断壮大。北京、上海、湖南、天津以及广东等地的维新运动普遍高涨，维新派已创办了3000多所学会、学堂、报馆、书局，从而为百日维新奠定了思想基础和组织基础。到1898年春夏之交，变法与反变法，以及与此密切关联的帝党与后党之争日趋激烈。处于无权地位的光绪皇帝，不愿做亡国之君，颇想有所作为。
光绪皇帝，即爱新觉罗·载湉，是道光皇帝的孙子，同治皇帝的从弟。同治皇帝早夭无子，慈禧太后为了继续垂帘听政，于1874年择立年仅4岁的载湉入继大统，是为光绪皇帝。光绪皇帝在位期间，封建统治集团内部，在皇帝和慈禧太后周围逐渐形成两股势力，产生了帝党和后党的权力之争。
1889年，19岁的光绪皇帝举行“大婚典礼”，按照清代制度，此后皇帝应该“亲政”，慈禧太后不得不宣布“归政”，退居颐和园，但要政还须请示她。她仍掌握着清政府的内外大权。光绪皇帝经历了1883——1885年的中法战争和1894——1895年的甲午中日战争的失败，感触很深。他在甲午战争时是主战的，本想藉对日战争的胜利来提高自己的政治地位，不料中国遭到惨败，丧权辱国，割地赔款。战后财政非常困难，北洋海军全军覆灭，淮军所剩无几。而人民的反抗，如西北的回民，四川余栋臣和山东、湘赣的会党（大刀会、哥老会）的武装暴动，给予清政府严重的威胁。加上帝国主义掀起的瓜分危机，都使光绪皇帝十分忧惧。为了巩固清朝的统治权，必须重练海军，重理财政，这就使他倾向于改革，通过改革从慈禧太后手中夺得实权，改变国家衰弱的局面。经过康有为等人多次上奏书催促，加上帝党官员与维新派的积极活动，光绪皇帝决定利用不断高涨的维新运动来实施变法。
谭嗣同接旨赴京，途经湖北时，突然生病，不能立即赴京。光绪皇帝电催“迅速来京，毋稍迟延”。于是，谭嗣同抱病动身，于8月21日到达北京，住进宣武门外的浏阳会馆。浏阳会馆与康有为住的南海会馆相隔不远，二人常常相互蹉商、研究如何推进变法运动。
9月5日，谭嗣同觐见光绪皇帝，表达了自己的政见。光绪帝对他很欣赏。光绪皇帝在特许康有为专折奏事并任命他任总理衙门章京上行走后，于谭嗣同觐见的当天便下令破格授予谭嗣同、杨锐、林旭、刘光第等为四品卿衙，军机章京上行走，参预新政。
第二天，光绪皇帝召见谭嗣同，皇帝表示，他早就要图谋富强，不愿别人骂他是“昏君”，“没有办法，太后不允许变法，又有满洲各大臣总是说要守祖宗之成法”，他“自己的确束手无策”。又叮嘱谭嗣同，凡“所欲变者，俱可随意奏来”，他“必依从”。
谭嗣同等军机四卿的具体工作是阅览全国臣民的奏折、上书，并拟出处理办法，“凡事关新政者，每令拟旨，大军机不与闻”，谭嗣同等也不向他们通告。军机处是清政府的中枢决策机构，一切国家的重大决策，包括人事任免，都由该处官员参与制订和决定。谭嗣同等成了光绪皇帝推行新政的心腹参谋。
为了报答光绪皇帝的信赖，也为了实现自己挽救民族危亡的政治抱负，谭嗣同悉心尽力地工作。谭嗣同考虑到康有为提出的变法措施（包括替别人所写奏折中提出的）还必须补充更为切合现实的新内容，所以他在9月12日为光绪皇帝拟了一道值得注意的谕旨，谓“国家振兴百政，兼采西法，诚以为民立政，中西所同，而西人考究较勤，故可补我未及。今士大夫昧于域外之视者，几若彼中全无条教，不知西国政治之学，千端万绪，主于为民开其智慧，裕其身家，其精乃能美人性质，延人寿命，凡生人应得之利益，务令其推行无遗。”指出目前所进行的各方面改革并不是“崇尚新奇”，而是为了使“赤子”得到“康乐和亲”。中国处于“各国环处，陵迫为忧的局面，不吸取西人的长处，便不能发展我们已有的长处”，而“不肖之官吏，与守旧之士大夫”却不明了这个道理，“相互鼓励谣言，使百姓疑惑而惊恐”，必须切实纠正，“以成新政，以强中国”。在这里，谭嗣同强调变法主要是“为民立政”（他所说的民，是指民族资产阶级），必须认真从西方资本主义国家的政治学说中汲取那些经济上和文比上能充分体现“民”的利益的东西，从而使中国摆脱帝国主义的侵凌，进而跻于富强国家之列。这表现了他比较鲜明的资产阶级民主观和爱国思想。
一次，光绪帝批下一个奏折，要谭嗣同逐条批驳。原来，这个奏折是顽固守旧分子、湖南举人曾廉写的。他罗织康有为、梁启超的罪名，要光绪皇帝杀康、梁以谢天下。光绪皇帝害怕这个奏折落入慈禧太后的手里，于是要谭嗣同起草一个文件，逐条批驳曾廉的诬陷。谭嗣同用了一个晚上，一气呵成，文末用挺拔刚隽的楷书，字字有声地写下自己的意见：“臣嗣同以百口保康、梁之忠，如果曾廉之言属实，臣嗣同请先给我定罪。”为了保护变法运动的旗帜，谭嗣同完全置自己的安危于度外。