1898年，唐文治调任总理衙门章京。1901年秋，他随户部侍郎那桐出使日本。这年冬天，总理衙门改为外务部，唐文治任外务部榷算司主事，管理通商、关税等事务。1902年春，葡萄牙乘修订十年前旧约的机会向清政府提出把澳门附近的大孤、小孤等岛划入租界范围的无理要求，唐文治起草照会予以拒绝。同年5月，唐文治以三等参赞衔随镇国将军载振赴英参加英国新君爱德华七世的加冕礼。去英之后，又出访比、法、美、日等国。两次出国，他对日本和欧美各国的政治、经济、文化教育等情况进行了广泛考察。国外先进的科学技术和文化教育对素怀兴邦强国之志的唐文治具有很大吸引力。他非常赞赏名儒名相都出其中的牛津大学。作为一位爱国主义者，唐文治以后所以弃官办学，即源于此。
1903年，清政府设立商部，唐文治从外务部转到商部，先后任右丞、左丞、左侍郎。在职期间，制定商律，议设商会，扶植和保护民族工商业。并极力反对借外债修筑铁路，积极推行商办铁路政策，以维护国家主权。1906年，商部改为农工商部，唐文治任署理尚书。他在十多年的仕途生涯中，经历了我国都以惨败而告终的甲午战争和八国联军两次帝国主义侵华战争。帝国主义对我国掠夺和宰割的惨痛事实，激发了他朴素的爱国热忱。唐文治多次奏请朝廷，希望整饬政纪，从政治、人事诸方面进行一些变革，以挽危局。但由于清廷政治的腐败，使他的变革理想破灭。1906年12月，唐文治因母亲病逝回家居丧，不再返京任职。这是他一生的转折点，从此致力教育事业，度过了48个春秋。
1907年，唐文治接任邮传部上海高等实业学堂监督（后任南洋大学堂、交通部上海工业专门学校校长），在任职14年期间提出和推行了一系列办学主张。
崇德的教育主张
唐文治在《学校培养人才论》一文中指出：“道德基础也，科学屋宇垣墉也，彼淹贯科学，当世宁无其人，然或忘身徇利，一旦名誉扫地，譬诸基础未筑，则屋宇垣墉势必为风雨飘摇而不能久固。”1913年，经唐文治修改的交通部上海工业专门学校章程把“极意注重道德，保存国粹，启发民智，振作民气以全校蔚成高尚人格”列入办学宗旨，突出了道德教育。唐文治强调学生要明是非、重谦洁。他认为教育学生具有是非之心是非常重要的。他在《读经救国论序》一文中阐述道：“国何以立，系于民之心，是非之心存焉尔。国何以倾，亡于民之心，是非之心亡焉尔。”是非之心不存，“恻隐、羞恶、辞让之心乃随之而俱丧，无父无君、无天无法、无尊卑、无长幼、无礼义廉稍耻……”，天下就会大乱，国家也会灭亡。唐文治对学生的道德教育竭尽全力，除开设修身课外，又于每星期日上午亲自在大礼堂开设国文课，结合道德教育，对全校学生讲授经学。十多年始终如一，从不间断。他编了《人格》一书作为道德教育的范本。书中提出“诚、有恒、有耻、尚志、爱敬、尊师、公德”等作为学生修养德行的基本准则。唐文治以“勤、俭、敬、信”四字作为校训（这是交通大学最早的校训）。在大礼堂悬挂了“富贵不能淫，贫贱不能移，威武不能屈，所存者神，所过者化；好学近乎智，力行近乎仁，知耻近乎勇，虽愚必明，虽柔必强”的联幅，作为学生砥砺品德的座右铭。他又邀请孙中山、梁启超、严复、章太炎、黄炎培等著名人士来校发表时政演说，宣传爱国主义思想，激励学生要为强国富民而奋发学习。唐文治重视身教，从1907年至1920年，在学校经济三困难期间，为不使广大学生辍学，克服经费困难，多方采取应急措施，对学生适度加收学费，教职员实行减薪，自己带头减薪50%。在他带领下，全体教职工齐心协力，坚持上课，终于度过了难关。
唐文治对学生在学习和管理上要求很严格，提出功课密、管理严为标准。他每晚必亲临教室检查自修。在唐文治离校前夕，他双目已近失明，但每晚他仍然提着灯笼由工友搀扶去教室。他常常走进教室和学生们一起背诵国文，精神抖擞，声音响亮，背诵如流。他对教师的要求也是严格的，规定教师都要住宿校内，不得在外兼职，要专心致志于教学。学生学习上如有疑问，随时可去教师住处请求解答。教师因病不能上课者，必须事先讲假，工次按时计扣。他还要求教师钻研业务，不断提高教学水平，培养出高质量的专门人才。唐文治聘请外籍教师，订有合同条款，对外籍教师在学校中的地位、教学工作、待遇等都作了明确规定。例如，对学校各项规章制度，要求外籍教员应一律遵守，不得歧异。还规定外籍教员必须专任课程，凡学校内外一切他事不得干预。此外，外籍教员教授学生须尽心指教，不厌其烦琐，直到学生明白晓畅为止等等。
尚实的教育要旨
唐文治的尚实思想是1911年在《邮传部转咨学部咨文》里提出的，主要是针对当时清政府教育制度存在的弊端。咨文中指出：“原学堂民间于科举，要以尚实为宗旨，使人人趋重于实学”，“科举既停，专重科学，科学尚实，不宜诱之以虚荣”。唐文治在国外考察中认识到欧美各国之所以比我国强大在于它们的实业发达，而实业发达又基于科学之进步，科学进步则有赖于重视教育。因此他在咨文中认为“立国之要，以教育为命根，必学术月新，而国家乃有振兴之望”。他主张尚实的中心意思是求实学、务实业。求实学的目的是为了务实业，即造就学成致用、振兴中国实业的专门人才。要达到务实业，其前提是求实学。因此唐文治要求学生认真刻苦地学习知识，学用结合，掌握务实的本领。他还专门制定了旨在表达求实务实、发展实业、振兴中华的校旗和校歌，以此时刻召唤学生沿着这一目标奋发学习。当我国教育从科举变革为近代教育制时，他的尚实办学思想颇具历史进步性。
为贯彻学成致用的原则，满足我国实业发展的需要，唐文治创设了铁路、电机、铁路管理、航海等专科（1911年8月航海专科扩充为商船学校，唐文治兼任监督）。其中1918年设立的铁路管理专科，标志着学校的体制走向工管结合，这在我国近代高等工科教育中是一个创举。在课程设置上，唐文治增开了工业经济和工厂管理法等课程，使学生学成致用于实际。尤其工厂管理法课程的开设，是在我国高等教育课程设置中的首创。
唐文治认为工科教育尤重实践。他对教学上所需实验和实习设备都亲自过问，积极筹建。1908年唐文治给邮传部呈递了《条陈本学堂办法》。办法之一，就是增拨经费，解决实验和实习设备问题。他这样写道：“讲求实业，不能不资试验；欲资试验，不能不建工场。”在他的努力下，学校陆续开辟和扩建了金工厂、木工厂、理化实验室、电机实验室、铁道测量仪器室等，让学生实验、实习，动手动脑，掌握操作技能。唐文治把实验、实习列为重要的教育环节，每次实验或实习之前，规定学生必须按照实验或实习的要求，写出准备报告，经教师审查批准后方能进行。做实验或实习后，当天就要写出报告，并要求报告的内容正确，条理清楚，字迹工整。这样的实验和实习，每周都进行两次。
注意向西方学习也是唐文治尚实办学思想的内容之一。他希望用西方的科学技术来培养我国的实业人才。学校设置铁路和电机专科以后，开设的课程、教学内容、教学方法和教学管理等都仿效欧美。延聘的教师（除国文外），均是受过西方近代大学教育的中外教师。专业课则以美籍教师为主。1910年唐文治还致函我国驻美使馆，请代为索取美国98所大学的章程，以资参考。对于专科的课程设置，学校都以美国大学的同类专科课程设置为蓝本，教科书也直接购自美国麻省理工学院和哈佛等著名大学，竭力使学校所培养的学生达到欧美本科大学毕业生的水平。外语是向西方学习的工具，因而唐文治重视外语教学。他认为“盖无论何种科学，均须熟娴文法，方能窥其奥”。这就是说，要透彻学习西方科学技术，如不精通外国的语言文字是不行的。1910年学校成立西文科，为学生开设课外的外语补习课。同时成立英文大会，每年组织英文演讲会、辩论会和作文竞赛，优胜者给予奖励。为使学生经常处于一个学习外语的环境中，学校还规定在英文课及用英文教授各课时，误用国语者，专科生罚铜元二枚；二、三、四、五年级中学生罚铜元一枚。又规定，专科生做作业和实习报告等均须以英文书写。这些措施使学校当时毕业生的外语，尤其是英语程度，达到了较高的水平，毕业后留学英美，对英语能应付自如。
一个好的大学，必须有一个好图书馆。唐文治费尽苦心，从交通部争取到3万元拨款，加上6万元募捐款（唐文治自己首先捐出一千元），于1919年10月建成了当时第一流的图书馆，为学生求实学提供了优良的条件。
重文的教育思想
唐文治擅长经学，酷爱古文。他的办学思想是极意注重中文的，强调保存国粹，因此对国文特别重视，开创了在我国高等工科学校中工文结合的先例。学校从一年级到毕业都开设了国文课，把国文作为一门主课，与理工科并重。中小学招生时，录取与否，首先取决于考生的中文成绩。招考时，试卷先批阅国文，国文成绩不好，其他试卷不再批阅，考生也就失去了录取的希望。唐文治为了推行国学教育，自编了一批国文教材，如《国文阴阳刚柔大义》八卷、《曾子大义》二卷、《大学大义》一卷、《中庸大义》一卷、《论语大义》二下卷、《孟子大义》七卷等。学校还在课余开展一些国文教学活动。1908年增设了国文科，它不招收专业学生，它的任务是加强国文教学，组织开展课外的国文教学活动。同年又成立了国文研究会，规定每年举行一次由大、中学生参加的国文大会（即作文比赛），当时称为会考，校长唐文治亲自参加命题，考场制度非常严格。作文试卷先由各班国文教师批阅，择优推荐到全校评比，经国文科长初评，再把优者送唐文治审评，确定名次，最后隆重举行颁奖仪式。星期日的国文课和一年一度的国文大会，自1908年至1920年从未间断过。唐文治主持校务后期，双目已近失明，但仍坚持讲课，背诵经文一字不差，讲解精微透彻，发音依然宏亮铿锵。凡听过唐文治国文课的学生，每当回忆起他的讲课和国文大会时，无不钦佩唐文治的治学精神。
由于学校坚持加强国文的教学，这一时期的毕业生都有较厚实的国文基础。有些具有文学天才的学生毕业之后献身于我国的文艺或新闻出版事业，邹韬奋就是其中的代表。
健身的教育要求
唐文治非常重视体育，这是他办学主张中的一个重要组成部分。他在《中学校会议答问》中认为“凡运动会及各种比赛游戏，不仅足以发展学生之体力，并足以引起热心，增进智能……各种有益之运动，均须鼓励。”他作为校长亲自主管体育，成立体育会，悉心提倡，做到普及与提高并举，把学校的体育运动推向一个蓬勃发展的新阶段，使学生们的体魄得到良好的锻炼。当时开展的体育运动项目很多，先后建立起足球、篮球、棒球、游泳等运动队，各运动队水平之高，名扬全国。1910年在南京举行的首次全国性运动会，学校代表队荣获团体总分第二名，学生黄灏寿夺取个人总分第一名。从1915年到1920年，学校还为中国参加远东运动会输送了多名运动员。学校的技击运动一度载誉江南。唐文治还规定学生每天晨操，实行强迫运动，开展级际比赛，每年举行校运动会。唐文治对各个运动队都很关心，从改善伙食到赛前运动员集中训练都要过问。每当赛事结束，无论胜负，皆要勉励一番。凡在我校举行的校际比赛，他总要亲临现场观赛。后来唐文治双目基本失明，不能亲眼观看学生球赛，就让学生五步一哨、十步一岗一直通向球场，及时向他传递赛场消息。
