秀才。与阎锡山、黄国梁、张瑜三人同时考入的，还有温寿泉、乔煦、姚以价等。阎锡山住“信”字第五号宿舍，与张瑜、周望英等同住一室（学生分别住在“孝”、“悌”、“忠”、“信”四个斋号里）。该校属于省立学校，除保证学生衣食外，每月还发一定饷银。成绩优异者，另有奖励。
初入武备学堂，除国文课外，对阎锡山来说都是新课，所以感到课程有些吃力。但他天赋良好，加之勤学用功，一年之后便适应了。他对新课程最感兴趣的是步兵操典，觉得非常有意思，虽然文字不免有些枯燥，然其中知识面相当广泛。对文化课他感兴趣的是数学、历史和地理，因为在他看来，数学可以启发人们的思维；历史可以了解古今大事演变；地理可以知晓世界。他最不想费力的是国文课，而他的成绩最优秀的也正是国文，每考都名列前茅。第一年的学习，他各门课程同时推进，感到收获颇丰。
第二年，他对各种新课程已经能够全面适应，并且对理化也发生了兴趣，同时对军事各科也十分用心，每次上课勤于笔记，善握要领，渐渐博得了老师的喜欢。
第三年，他对于学与术，均很努力。术科方面他对基本操作，很下功夫，动作姿态，较为标准，经常被选作出队示范，渐渐在同学中也树立了好的形象。以后便当上学生班长，颇得同学的信任。
三年学习，阎锡山各门功课均获得了好的成绩，其中国文分数名列前茅，操典也获得了最优的平均高分。于是很受当时武备学堂的主持人李廷飏（山西浑源人，进士出身）的器重。李廷飏欣然赠字“伯川”，意在配锡山的“山”，而百川汇海，义取高深广大。这也就是阎锡山字伯川的来历。
另外，三年期间，阎锡山的政治思想也有所发展。当时，康有为主持的戊戌维新运动虽然失败已有四五个年头，但其影响仍在一般青年学生中流传不息。公车上书、六君子就义等等，仍是学生们经常议论的话题。尽管上海等地鼓吹反清革命的书刊已在流传，而风气闭塞的山西，就是在知识分子荟萃的学堂里，人们的口头禅仍是“君主立宪”、“变法维新”之类已经过了时的口号。然而，即便这些口号，对阎锡山来说，也是前此未接触过的东西，因而颇具吸引力。从以后的一些言论中，不难看出，他在政治上曾一度仰慕维新派的主张，比如他多次谈到清政府，“当维新而不维新”以致“丧失帝业”。这说明他当时在思想上是主张维新变法的。
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二、青年习武 公派留学日本
阎锡山在武备学堂学习的三年，正是清政府为挽救自己的统治实行所谓“新政”的头三年。学习三年届满，又正是清政府增加公派留日学生学习军事的起始年。从这时起清廷每年派百人左右到日本学习军事。为了响应这一“新政”举措，山西巡抚决定在山西武备学堂选拔20名学生赴日学习军事，其中3名由清朝政府资给公费。选拔工作当然只能以在校成绩为依据。经过甄选，入选名单中有阎锡山，而且阎锡山、姚以价、张维清三人为清政府公派的公费留学生。
武备学堂赴日20名学生分别是：阎锡山、张瑜（五台县人）、黄国梁（陕西洋县人）、温寿泉（洪洞县人）、乔煦（阳曲县人）、金凤巢（山东人）、顾祥麟（江苏人）、焦滇（忻州人）、张维清（阳曲县人）、张呈祥（赵城县人）、王宝善（阳曲县人）、武滋荣（汾阳县人）、焦纯礼（忻州人）、郭建康、田国琛、李大魁（洪洞县人）、李伟旃、马开崧（浙江人）、姚以价（河津县人）、荣炳（阳曲县人）、王芝芬。
得悉儿子要负笈东瀛了，阎书堂好生欢喜，而更兴奋的是阎锡山的祖父阎青云，他翻箱倒柜找出五台人清代大学问家徐继畬所著的《瀛寰志略》，要爱孙浏览掌握，要求他通晓世界大势，明了时代潮流。
回过家乡，告别邻里，再返省城，准备出发之前，山西省巡抚衙门包括巡抚张曾扬、布政司、提法司、提学使和一名道台所谓五大宪（抚台、藩台、臬台、学台、道台）一概到场，召见这20名赴日留学生，并向他们谆谆训诫，满堂灌输一些效清忠君的话，大意是：“朝廷资送你们留学日本，你们就应该专心学习，以图报效。千万不可接近大逆不道的革命党人，听信邪说，误入歧途！” 并对革命领袖孙中山大肆诋毁。
可是具有讽刺意义的是，当阎锡山到了日本以后，很快就走上了与五大宪训示相反的道路。
阎锡山一行由候补知事吴春康充任监督带领，从太原起身，途经石家庄、北京、天津，坐过正太、平汉、北宁三条铁路线的火车，在天津登上日本轮船，负笈远游。沿途所见所闻，使他感慨万千，他不时点头感叹：
人家船上的员工做甚务甚，谦虚和蔼，人少事理，与我们中国人的做甚不务甚，骄横傲慢，人多事废，显然是一个进步与落后的对照。
所以，当他抵达日本之初，脑海中便经常萦绕着这样一个问题：为什么日本国小而强，中国国大而弱。以后日久，他从书刊上看到有关报道清政府愚腐的事情渐渐多了，才深深感到清廷*无能，委实误国太甚。
阎锡山抵日本未几，日俄战争爆发，两国为争夺在中国东北权益，竟在中国领土上开战，清廷反而腼颜宣告中立。这一桩大事，给留日中国学生很大的刺激。有一天，阎锡山翻阅保皇党人康有为、梁启超等在日本创刊的《中国魂》，他看了又看，从康梁等人的尽情揭发中，他彻底知晓了清廷的无可救药。但是他对康梁一派提出的救国主张，却认为“断难有望”，于是他愤愤然将保皇党编印的书刊，往字纸篓里一丢，说：
“保皇党怎么能救中国！”
从这一刹那开始，阎锡山的思想发生了很大变化，他出国前所谓五大宪千叮万嘱的“千万不可接近革命党人”的告诫，早已抛到九霄云外，他立定志向，决心投身推翻清朝*政府的行列。
对于这段经历，阎锡山以后仍记忆犹新，他在1956年撰写的*中作了如下记述：
至日本之初，虽对日本何以国小而强，中国何以国大而弱，不断在脑中萦回，然因临行时清官吏之言犹在耳，仍存心拒与革命党人往来。但逐渐由所听到的话与所看到的书中，感到清政府误国太甚，特别是有一天偶尔翻阅保皇党书刊之《中国魂》，益谂知清廷之*无能，清官吏所吩咐千万不可接近革命党人的话，至是在我脑中全部消失，遂决心加入推翻清政府的革命。
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二、青年习武 追随革命（1）
阎锡山到日本后，先入东京振武学校学习日语和近代科学知识，1906年入日军弘前步兵第31联队实习一年，1907年正式进入日本陆军士官学校第6期学习。
振武学校是日本士官预备学校，于1903年由日本原成城学校改创。据舒新城《近代中国留学史》记载：“当时派遣去日本学习陆军的学生，曾入振武学校补习，毕业后进入士官学校。明治三十一年（1899年）由日本陆军部委托成城学校设施预备教育，……明治三十六年（1903）学生渐多六十九名，专办训练中国陆军学生，改名为振武学校。”阎锡山一行是1904年赴日本的，那是振武学校改名的第二年。
说到留日学生，他们可谓中国反清革命的中坚力量。早在1900年以前，已有一些留日学生翻译出版18世纪卢梭、孟德斯鸠等人对德国资产阶级革命起了推动作用的著作。只是那时留日学生不到百人，他们的举措影响不大。但从1901年起，赴日留学学生人数骤增，到阎锡山出国的这一年已达3000多人。 这种情形自然与清政府“新政”中提倡留学有关，但更主要与废除科举有关。自1901年废除科举以后，由科举步入仕途的路子已经断绝，知识界多把出洋留学作为理想坦途。日本距中国较欧美近，所需费用较少，因此，大批青年学生涌向日本。在日本，由于封建思想的缚束比国内要少得多，又接受了资产阶级的新学，在民族灾难的强烈刺激下，他们感到，要救国不能靠清廷的所谓“新政”，也不能靠康梁的改良主义，于是开始探求新的道路。到1903年上半年，随着拒法、拒俄两大运动被压制，留学生运动转入了反清革命的新阶段，许多青年学生纷纷转向革命。他们中间相当一部分人成为资产阶级革命思想的拥护者和宣传者。阎锡山到日本时，主张通过革命道路救国的人已不下数百，在东京这一革命党人的集散地，他除学习业务外，直接受到的影响主要是革命的思想。所以，他到日本仅三个月，即参与了革命党人的一些革命活动。
1905年7月，伟大的革命先行者孙中山，从欧洲来到日本东京。拟同华兴会领导黄兴等会晤，商谈筹组全国统一的革命政党问题。8月13日，东京的华侨和留日中国学生1300多人举行盛大*，欢迎这位众望所归的革命领袖。大会盛况空前，气氛热烈，人们把孙中山视为“中国英雄中的英雄”和“四万万人之代表”。当时设在鞠町区富士见楼的会场容纳不下那么多人，有几百人情愿站在马路边上。孙中山在会上作了长篇演讲，针对康梁保皇派散布的反对革命的言论，进行了尖锐而深刻的批驳。
听完孙中山的演讲，阎锡山反复体味其精神，认为孙中山的政治主张对于挽救民族危亡来说太适时了。以后他曾说：
政治不可失时，若不能适合时代的需要，一定要被时代所抛弃。清末百年之间，中国与世界的交通，事事相形见绌，国热日衰，成为列强瓜分的对象，应改革而不改革，能进步而不进步，使爱国之士认满清是亡国的因素、救国的障碍。国人的目标全集中在推翻满清政府，即其所培植的人才，皆成为推翻其自身的力量，遂致有“戊戌立宪万世帝王（按指戊戌�