1919年（民国八年）5月4日，“五四运动”爆发。北京大学等北京多所学校的学生在天安门前集会，罗家伦、江绍原、张廷济为学生运动三个代表，随后举行示威游行。北京大学学生傅斯年任游行队伍总指挥。集会宣读了北大学生许德珩起草的《北京学生界宣言》，游行中散发了北大学生罗家伦起草的《北京学界全体宣言》。
1919年竣工的北大红楼
游行学生火烧赵家楼，痛打章宗祥，军警当场逮捕学生。蔡元培、李大钊、陈独秀、朱家骅、胡适、鲁迅当时为了营救学生，不惜发动全国工商界罢工罢市。北京学生的爱国运动，得到了各地青年学生和人民群众的同情和支持，学生爱国运动的烈火迅速燃遍全国，发展成为全国性的反帝爱国运动。北洋政府被迫罢免曹汝霖、陆宗舆、章宗祥的职务，并拒绝签署巴黎和约，学生运动取得胜利。五四运动后，北京大学教授李大钊率先在中 国系统地接受、传播、实践马克思主义，北大成为中 国研究与传播马克思主义的中心。1920年8月，陈独秀创建上海共产党小组。1920年10月，李大钊创立北京共产党小组。中 共一大前，中 国53名中 共党员有21名是北大师生、校友。
三十年代（1927-1937）
1927至1929年间，北大处于动荡之中，并遭到严重摧残。奉系军阀攫取北京政权后，于1927年悍然宣布取消北大，与北京其他八所国立大学合并为京师大学校。1928年南京国民政府先将其改为中华大学，复改为北平大学，复改为国立北平大学北大学院。1929年北大宣布自行复校，国民政府于8月6日恢复国立北京大学。
1930年（民国十九年），国民政府首任教育部长、蔡元培先生的高足、曾三度代理北大校长的蒋梦麟开始执掌北大，翌年一月正式就职。蒋梦麟改革北京大学管理制度，提出十六字方针“教授治学，学生求学，职员治事，校长治校”，改评议会为校务委员会。
1931年北大与中华教育文化基金会设立合作研究特款。动工兴建新图书馆、地质馆、灰楼学生宿舍等三大建筑，修建了大操场；理科各系设施得到相当的改善。
1932年6月，北京大学实行学院制，设文、理、法三个学院，胡适、刘树杞、周炳琳分别出任院长。
1935年，北大已建成实验室40多个，实验仪器6716件，标本15788种，药品及实习用具3100多件，设备条件居于全国高校前列。
