當日，北京政府教育部即下令嚴禁學生遊行集會，稱：“本部為維持秩序，嚴整學風起見，用特切實通令各校，對於學生，當嚴盡管理之責。其有不遵約束者，應即立予開除，不得姑寬，以敦士習而重校規，仰即遵照。”警察庁也派出密探到北大刺探。
當天晚上，蔡元培參加了北大學生在三院禮堂召開的商討營救被捕同學大會，並邀王寵惠到會，共商對付警廳的法律手續問題。他態度安詳從容，在講話中同情學生的行動，表示現在不是你們學生的問題，是學校的問題，不祗是學校的問題，是國家的問題，並保證負責營救被捕的同學。但他勸告同學不要再繼續開會，切望照常上課，免得節外生枝，增加營救的困難。學生們沒有采納他照常複課的意見，5月5日起，北京各大專學校一律罷課。
蔡元培雖不讚成學生罷課，但他為營救被捕學生而積極奔走。5日晨，北京政府教育部竟又明令各校校長，査明為首滋事學生一律開除。蔡元培不顧教育部的高壓，同教務長馬寅初、工科學長溫宗禹等，聯名在6日《北京大學日刊》刊出《校長啟事》，明確表示：“為要求釋出被拘留諸同學，鄙人願負完全責任。”5日下午，蔡元培同北京其他十三所大專學校（郊外的清華學校這時也參加進來）校長在北大開會，商討營救學生辦法，各校校長一致表示“學生的行動，為團體之行動，即學校之行動，決定隻可歸罪校長，不得罪及學生一人。”議決組成以蔡元培為首的校長團，代表包括高等師範校長陳寶泉、農業專門學校校長餘邦正、工業專門學校校長洪鎔、醫學專門學校校長湯爾和、中國大學校長姚憾，負責營救被捕學生，並表示，“不釋放此少數學生，誓不終止。若政府不能容納眾議，雖致北京教職員全體罷職亦所不惜。”隨後，他們奔走於警察庁、教育部和總統府之間。在警廳，警察總監吳炳湘借口“此次捕人係出院令，故若欲釋放，非再有院令不可。”拒絕釋放；至教育部，因教育總長傅增湘提出辭職，部中無人負責；再到總統府和國務院，總統徐世昌和國務總理錢能訓都托詞拒絕會見。蔡元培到警廳時，甚至表示願以一人抵罪，要求釋放被捕學生，但都沒有結果。
這時，全國各地紛紛電請釋放被捕的學生，“日凡數十起”。上海三十三所大專學校致電北京政府，稱北京學生愛國行動係“迫於義憤，情有可原”，“警廳拘捕學生三十餘人，欲加死罪，興此大獄，眾情憤慨”，堅決要求“速將學生釋放。”安徽省全體學生致電表示：“諸君此次義舉，敝省各校學生極表同情，已電達政府力爭。尚望堅持到底，敝省各校學生願為後盾”。各地團體還紛紛函電蔡元培和北京大學，稱讚蔡元培“願以身代，仁者用心，令人感泣。”表示誓為後盾，堅持到底。社會名流汪大燮、王寵惠、林長民也聯名致函警察庁，願保釋被捕學生，並稱“群情激動，事變更不可知，為此迫切直陳，即乞準保國民。”時值五七國恥紀念日即將來臨，北京學生和社會各界醞釀召開國民大會。反動派畏懼因此醞成激變後患將不堪設想。這種情勢迫使反動當局不得不釋放學生。
5月6日，蔡元培再次率校長團到教育部，要求傅增湘設法營救學生，傅表示願從中斡旋。當晚，蔡元培複率校長團到警廳交渉，警察總監吳炳湘向蔡元培等提出釋放被捕學生的兩個條件：（一）明日不許學生赴國民大會；（二）學生明日起一律上課。蔡元培慨然以身家作保，表示同意。
七日，經蔡元培勸說，學生們同意複課；但他們同時表示，如至晚被捕同學未能獲釋，仍繼續罷課。這一天清早，各院同學和教職員都齊集文科操場，等候被捕同學歸來。蔡元培也一早來到這裏，並命人排長凳一列，備獲釋同學站立。上午十時許，學校派去的汽車接回了被捕的學生，蔡元培率師生們在門口列隊歡迎他們勝利歸來。大家見麵，激動萬分，彼此都說不出話來，許多人哭泣不已。蔡元培連忙勸慰：“大家應該高興，不要哭。言未已，他自己也簌簌淚下。許德珩回憶當年的情景時仍然深情地說當我們出獄由同學們伴同走進沙灘廣場時，蔡先生是那樣的沉毅而慈祥，他含著眼淚強作笑容，勉勵我們，安慰我們，給我們留下了極為深刻的印象。”
1919年5月10日上海《民國日報》曾報道當時的情景說：“七日上午九時，被拘之學生既然釋放，當由各校各備汽車往警廳榮迎，將近十點鍾，一齊都到了北京大學，然後才各自回歸本校。當時北京大學的學生及職教員，全體在門外迎候，彼此初一見，那一種喜歡不盡的樣子，自然教我難以描寫，尤有那喜歡沒完，將一執手，彼此又全部大哭起來的，感慨激昂，靜悄悄欲語無言的樣子。……如此近了四五分鍾，才由校長蔡君率領大家進去，又過了些時候，蔡校長方召集諸同學至操場訓話，謂諸君今日於精神上身體上必然有些困乏，自然當略為休息，況且今日又是國恥紀念，何必就急急的上課。諸君或者疑我不諒人情，實則此次舉動，我居間有無數的苦衷，所以不得不望諸君稍為原諒”。這也生動反映了當時感人的情景。
蔡元培為支持學生愛國鬥爭，營救被捕學生，日夜奔忙，不計身家性命。當時有人勸他，“謂恐危及君身”，蔡笑著回答道：“如危及身體，而保全大學，亦無所不可。”表現了他熱愛祖國、熱愛青年的崇高精神。