清朝晚期，中國社會逐步陷入半殖民地半封建社會，清政府為了挽救敗局而宣布實行教育“新政”。隨著全國政治經濟和社會性質的變革，蘭州的文化教育事業也發生了劇烈變化。清政府“新政”的推行，在客觀上為蘭州的教育革新提供了法令、章程依據，伴隨著科舉取士製度的日益衰敗，終於被徹底廢棄；書院製度以及各種傳統教育的基本模式，也逐步被新式學校教育所代替。新學製的推行和新學堂的興辦以及新知識、新觀念的傳播，都起了轉換文化模式的作用，是蘭州教育史上的一大進步。
晚清的教育革新是清政府推行“新政”的主要內容之一。1901年，清政府在其推行新政的諭旨中，強調“為政之道，首在得人”，應速籌“求得人才之法”，並於是年諭令內閣大臣和地方督撫，在京師開設“經濟特科”以選拔新人才，在各省分設各級學堂。“命各省將所有書院，於省城改設大學堂，各府廳及直隸州改設中學堂，各州縣改設小學堂，並多設蒙養學堂”。此後，又製定了興辦學堂的各種製度，提出了各種措施。於是“興學育才”的主張成為清政府在推行“新政”時期製定各種教育政策的基本方針，這給全國的教育改革提供了有利條件。
這一時期，蘭州的教育革新是在清政府廢除科舉考試製度的背景下展開的。封建陳腐的科舉考試製度，是破格求才和興辦近代新式學堂的最大障礙，科舉不廢，新式學堂就沒有發展的餘地。對此，清政府自1901年起開始采取了逐步廢棄的政策，至1906年，宣布所有鄉會試一律停止，各省歲科考試亦即停止，從而使長期支配和影響學校教育的科舉製度得以徹底解體，隨後，各地的舊書院和舊儒學成為被取代、被改造的對象，這給近代學堂教育的發生發展開通了道路。與此同時，清政府頒布了一係列關於興辦新式學堂的章程，為各地創辦新式學堂、發展學校教育搭起了基本框架和必須遵行的規章製度。自清政府有關興學育才的各種法令頒布後，各地開始響應。1901年，著名維新教育家劉光蕡等人應邀到達蘭州，籌設“甘肅大學堂”，成為甘肅最早的新式學堂。1905年，甘肅將省城蘭州的蘭山書院改設為“優級師範學堂”，接著創辦了速成師範學堂和初級師範學堂，極力貫徹注重師範教育的方針。其他各類學堂亦蓬勃湧現，從而掀起了“興學育才”的高潮。
作為省城的蘭州，其各類新式學堂的興辦，是按照清政府的“新政”詔令，與全國各省同時起步的，從創辦大學堂起，先後設立了高等學堂和專門學堂，以及中學堂、小學堂、蒙學堂等，數年間形成了等級類別較為齊全的各類學堂。由於符合時代要求，有統一的規章製度可循，又有舊書院作基礎，因而各類教育在短時期內有了較快發展。
清末民初蘭州的各類學堂主要有：
甘肅文高等學堂。籌建於1902年，最初稱為甘肅大學堂，後改名高等學堂、甘肅文高等學堂，1903年遷入通遠門外暢家巷，同時派人前往京、津和東南各省調查辦學情況，並在京師延聘俄文、日文、法文的各科教習。在校學生人數達到一百多名，學堂經費由藩庫撥發，是當時經費比較充足的一所新學堂。文高等學堂的總負責人由楊增新擔任，總教習為陝西維新學士劉光蕡，後由蘭州人在籍翰林劉爾炘擔任。按清政府《奏定學堂章程》中有關高等學堂的規定，文高等學堂的學製低於大學堂，高於中學堂，略同於專門學校。1907年至1908年，文高等學堂的學生分期畢業後，一部分服務於社會，其餘分為四批，先後保送北京，經複試合格後，再入京師大學堂深造。此後本科再未招生。1911年，武昌起義爆發後，本科預科全部畢業，文高等學堂改為“全省中學堂”，民國建立後又改為甘肅省立第一中學校。文高等學堂的變遷史，則成為省內各專門學堂發生發展的縮影。
法政學堂。1909年，在原蘭州府學吏局、法律館、法政館的基礎上組建了甘肅法政學堂。當時分設官班和紳班兩科，另設外班20人。學生年齡大小不限。所修課程均按學部所頒章程開設，主要有大清律例、大清憲法大綱、政治、曆史、法學、國際法、監獄法、刑法、民事訴訟法等，所需經費由本省統捐局每年撥銀12200兩，為數不少。1913年，更名甘肅公立法政專門學校，移校址於西關舉院內。兩年後，經教育部酌定，分其學科為法政別科、法政講習所、法律別科、法律本科、政治經濟本科、經濟本科。後來，改校更名為甘肅學院，增設教育、文史兩係及醫學專修科，這是抗戰以前蘭州唯一的高等院校。
武備學堂與陸軍小學堂。武備學堂是1904年由楊增新創辦的，地址在省城通遠門外暢家巷。學生來源由各營軍官中選送，必須經過嚴格的品格、體格檢查，凡年齡、品格、出身、誌趣、學業、身長、胸圍、體重、肺量、手力、目力、五官等12項，都有具體標準，檢查合格後方能入學肄業。所設課程有修身、倫理、國文、曆史、地理、算術、外國語、醫學、兵學、兵操、圖畫等11門。課程考試分為月考、假期考、年終考和畢業考四等，各項一並檢算，以定優獎。辦學宗旨是培育“運籌帷幄，製勝疆場”的陸軍將才。但是，該學堂因條件不足，難以達到培養目標，隻得於兩年後改為陸軍小學堂，專門培育下級軍官。課程比原來減少4門，聘有教習20人，分設甲、乙、丙三班，每班定額100人。學生從各府州縣的高等小學堂中考取，實際上屬於中等專科學堂。改學堂連續招辦5期，共畢業學生四百餘人，至1913年停辦。
高等巡警學堂。創辦於1910年，是陝甘總督長庚為加強其常備軍的輔助力量而設立的。校址在甘肅舉院舊址，也屬於中等實業學堂性質。附設有“警察傳習所”，屬短期訓練班性質。學生兩班，一為官班，由省署考收；一為紳班，由各府州縣選送，均為簡易科，學製一年。學生畢業後，大半分派為省府州縣的巡警官。所設課程有法學通論、民刑法、民刑訴訟法、監獄學、警察學、違警律等，是當時專業性較強的一所新學堂。由於政治局勢的變化，僅辦兩年，至民國元年停辦。
仵作學堂。創辦於1910年，校址在蘭州莊嚴寺（今蘭州晚報社），是當時的省屬當局為了轉變原有衙役、仵作在辦案手段上與近代司法製度不相適應的局麵，培訓法醫和檢驗人員的專門學堂。學堂建立後，決定由各州縣選送一人入堂學習，但由於風氣未開，觀念陳舊，無人樂於入學，最後隻得將仵作學堂的本科改為速成科，半年畢業，學院僅自省城一帶就地招收，定額100人。所開設課程大都以清廷刑部新刊法學書籍為主要課本，兼習我國古代的《洗冤集錄》等名著。該學堂一直延續到1923年，然後改設為檢驗傳習所。
除此之外，1911年春，總督升允仿效張之洞在湖北省設立的存古學堂的模式，利用初級師範的校址，創設了一所另立體製的存古學堂。存古學堂的宗旨是“保存國粹”。開始時由原甘肅學政葉昌熾任經學總教，蘭州道台王樹枬任史學總教，繼由文高等學堂總教習劉爾炘主講經學，並任監督，主管校務。他們都是帶有保守思想的頭麵人物。學堂先從各地的廩生、增生、附生中共招收50人，組成“存古班”，專學經、史兩科；繼又接收了原初級師範學堂預科和簡易科的畢業生七十餘人，另外又附設了一個師範班。學生膏火銀每月均為四兩。但學製體係不甚一致，一開始就不是一所專業化的學堂，所設存古班也不符合規定。按清廷學部於宣統三年公布的《存古學堂章程》規定，存古學堂的創辦目的是培養師範學堂和普通中學的經學、國文、中國曆史的教習和經科、文科大學的預備生。其學製係統與一般學堂不同，設中等科和高等科兩科，課程分經學、史學、詞章三門。而蘭州的存古學堂，隻有幾種經學科，別無其他設置，既不符合統一體係和辦學目的，也不是專門培育當時新式學堂的急需人才，故為時不到一年，即宣告結束。
師範學堂是清末新學堂教育體係的重要構成部分。蘭州最早設立的師範學堂應是1904年附設於文高等學堂的“師範館”。但師範館為時隻有一年，而且僅開設人倫道德、經史、國文、算術、教育、體操等6門課，學製僅一年，不符合全國定製，是一種短期應急性的師資培訓機構。當時共培養學生135人，修業期滿後，絕大多數分配到高等小學堂任教。這雖然是蘭州教育史最早的師範學校，但由於不符合有關規定，次年宣布停辦，開始籌設正規的師範學堂。當時單獨創辦的師範學堂共有3所：
速成師範學堂。當師範館即將停辦省署當局仿日本速成師範之製，於1905年將蘭州貢院巷的求古書院改建為速成師範學堂。該學堂最初由蘭州道台彭英甲任總辦，主持籌備事務。後由王鴻福任提調，劉光祖任總教習，教職員定額為13人，學生每期定額為60人，學製為一年。所修課程有修身、倫理、史學、經學、教育、算術、輿地、格致、英文、圖畫、體操等11門，以培養初、高級小學堂教師為目的。由於該校師資不足，有些學科設而未開或開而無實。入堂學生由各府廳州縣按省署配額，從當地固有生員或中學堂學員中擇優選送，實際上不少舉貢出身的士子也在應選之中，故其年齡差別極為懸殊。據前人回憶，第一期畢業生中，年齡最大的51歲，最小的隻有18歲。但由於學齡沒有限製，修業期限較短，而且待遇比較優厚，除發給全部書籍文具外，每月還有膏火銀8兩，因而應選入學者較多。在管理方麵，學堂紀律比較嚴格，凡違犯學堂規則者，分別給以記過、罰銀、掌責，以至驅逐出堂等處罰，因之學風良好。但是，由於清廷學部為了統一師範學堂的體製規範，決計停辦速成師範學堂，因而蘭州的速成師範學堂於1908年宣告停辦，被改為初級師範學堂。
優級師範學堂。創辦於1906年，由蘭山書院改建而成，是一所正規的師範學堂。學製分為預科和正科兩科，教育目標是培養中學和初級師範學堂的合格教習。其基本設施和培養目標，大體相當於以後的高等師範學校。優級師範開設的課程，預科有倫理、經學、子學、國文、算學、史學、地理、博物、理化、日文、英文、俄文、教育、心理、圖畫、體操等16門；本科分設史地、博物、理化、數學四大類，其學生來源，為各府州縣選送的廩生、增生、附生、監生等。開始時規定每縣選送2人，較大的縣選送4～5人，共選送200人。但那些已有秀才身份的生員們，還幻想以後再登科場，或謀求一官半職，不想就學，因而優師正式開學上課時，隻有學生80餘人。隻得於1907年，又令各府州縣在新學堂中選送學生，但仍為數有限。師生兩缺，始終是創辦優級師範的主要困難。在學生待遇上，師範學堂一開始都采取比較優厚的政策。優級師範每月發給膏火銀2兩4錢，並供給全部書籍文具。學期結束時，對於大考成績優良者發給獎銀8錢至4兩，這樣的待遇相對於當時一般公務員的最低月薪。這與全國其他師範學堂的情況基本相同。