甲午战后的办学方案
天津大学的前身北洋大学堂创办于1895年。甲午战争失利之后，洋务企业经营、矿业开发和对外交涉所需的人才，成为盛宣怀筹设新式学堂的重要出发点。当时全国尚无统一的新式学制，他计划在天津同时建立普通教育与专门教育相衔接的学校，教授可以用于实务的知识。
1895年9月，津海关道盛宣怀将天津中西学堂章程呈给直隶总督兼北洋大臣王文韶，由王转奏朝廷；10月2日，光绪帝批准设立。招生、学生抵津和授课随后逐步展开。
博文书院与两级学制
初期校舍采用天津博文书院房屋。原有房产曾抵押给银行，胡燏棻从粮台筹款赎回，作为公产供学堂使用。盛宣怀提名伍廷芳主持头等学堂、蔡绍基主持二等学堂，聘美国教育工作者丁家立担任总教习。
头等、二等学堂各设四年课程，前者承担大学程度的专门教育，后者准备其所需生源。丁家立在1907年的演讲中回忆，大学附设预备部门，是为了补充当时初等与中等学校供给不足的环节。这种安排把培养学生基础知识的工作直接纳入大学筹办。
分级招考与首批学生
章程预计头等学堂首年精选30名具备相应基础的学生；二等学堂按程度分三个年级各招30名，再逐年补足。两级各120名是四个年级完备后的规模，并非首年同时招收240人。大学入学考试包括英文、算术、代数和平面几何。
招考面向天津、上海、香港等地已有西学基础的青年。1895年秋，丁家立在上海组织考试；录取者又按通知集中乘船北上，香港也有学生赴津。跨地区招生使开办过程包含考试、旅程和分班等不同环节。到1896年6月，文献记载已有约150名学生住校。
筹款、聘师与仪器
办学方案估计头等学堂每年需要银四万余两，二等学堂一万五千余两。拟用的经费来自开平煤税、天津米麦进口捐、电报局和轮船招商局缴款；另以先前积存的米捐支付购书、理化器具和外国教习旅费。常年办学款与开办设备款因此分别筹措。
筹办预算采用库平银、规银和英洋等不同计量。丁家立通过美国学术联系聘师，1895年致欧柏林学院院长的信已提出物理化学、土木工程、机械、地质矿业及法律等教席。早期受聘的克利福德还受托购买教学仪器。
工科、法科与共同基础
头等学堂规划工程、矿务、机器和律例四个学门。学生先修数学、自然科学、绘图、英文写作及翻译，再进入专业学习。专业课程多用英文教材，同时聘任汉文教习；中文训练偏重策论与实际问题，减少八股文式的应试内容。
各学科并非一次配齐师资。法律教授詹姆斯·布罗姆利·埃姆斯于1898年受聘，带入英国法学训练。王宠惠于1899年底完成学业，1900年2月领取毕业考凭；其课程除数学、理化等基础科目，还包括罗马法、国际法、英国契约法、刑法及诉讼程序。这份早期毕业记录显示，大学的制度借鉴和各专业的知识来源并不完全相同。
停办与复课
1900年天津战事使教学中断，师生离散。丁家立后来记述了炮击期间停止教育工作的经过。1902年，袁世凯主持复办北洋大学；学校在武库新址建设教学楼，于1903年4月复课。这与1895年的创办属于不同阶段。
复办后，学校随全国学制调整改变预备教育安排，并继续培养工程和法律人才。初创时期建立的分级课程、设备采购与教学组织，为后续办学提供了基础。