蔡元培離京抵天津，後又經上海，於5月21日回杭州小住。他離京後的第三天，北大同學接到了他的一封來信，又解釋了他出走的原因：
仆深信諸君本月四日之舉，純出於愛國之熱城。仆亦國民之一，豈有不滿於諸君之理，難在校言校，為國立大學校長者，當然引咎辭職。仆所以不於五日提出辭呈者，以有少數學生被拘譬署，不得不立於校長之地位，以為之盡力也。
今幸承教育總長、警察總監之主持，及他校校長之援助，被拘諸生，均經保釋，仆所能盡之責，止於此矣。如不辭職，更待何時？至一麵提出辭呈，一麵出京，且不以行蹤告人者，所以避挽留之虛套，而促繼任者之早於發表，無他意也。北京大學之教授會，已有成效，教務處亦已組成，校長一人之去留，決無妨於校務，惟恐諸君或不見諒，以為仆之去職，有不滿意於諸君之意，故特在途中，匆促書此，以求諒於諸君。這封信僅署他的姓名，未注明發信處，借以表明去誌之堅。這封信，反映了察元培對學生運動的矛盾心情，富有愛國心、正義感的他，不能不同情和支持學生運動；而作為國立大學校長，卻又不得不因此“引咎辭職”。這封信在學生中引起很大反響，特別是他在營救學生獲釋後才出走的高尚品格，使廣大青年學生對他更加敬重。從這時起，北大和北京各校師生開展了“挽留蔡校長”的鬥爭，這也成為當時正如火如荼發展著的學生愛國運動的一項內容。
就在蔡元培出走的當天，即在北大召開了各校代表會議，決定先以北大全體學生名義呈請政府對蔡挽留，表示：“若今校長得留，則生等雖去校之日，猶懷補過之思，否則非貽教育前途以莫大之危險，且恐激起全國輿論之非難。伏乞萬勿允準辭職，以維學務而平輿情”。同時向全國各界發出通電，要求聲援。北大教職員也集會推舉代表李大釗、馬敘倫、馬寅初、康寶忠、徐寶璜、王星拱、沈士遠等到教育部請願，麵陳挽蔡決心，同時議決如蔡不留任，北大教職員“即一致總辭職”。
北大學生代表往見教育總長傅增湘，提出三項要求：（一）請總統特下命令挽留；（二）派司長赴津勸駕；（三）由學生方麵通電上海陳述一切。傅增湘對蔡是取同情態度，因而對前兩項允為辦理，後一項由北大學生自行發電，電報是通過上海《時報》轉告全國各省教育會、各団體，電文為：“北京大學校長蔡元培先生辭職離京，群情惶惑，恐釀大變，務乞各界垂察。”同時在發給上海唐紹儀的電報中，進一步指明察出走的真相，稱：“北京大學校長蔡元培因受外界脅迫辭職他去，請一致挽留。”10日，當北大教職員代表馬敘倫等八人往見傅增湘時，“傅對各代表宣明自己誠懇挽留蔡校長之態度，各代表複問總統總理之意如何？傅默然有間謂：總統總理之意見餘未深知，無從代為宣布雲。各代表退後，教職員會中遂有‘如蔡不留，則一致總辭職’之決議”。
北京各校以及社會各団體也為挽蔡而積極活動。10日下午，由二十七人組成的各校追蹤挽蔡的代表團赴律；他們抵津後未找到蔡元培，於是又從中推舉四位代表赴滬追蹤挽留。天津學界亦推舉二人同住。5月11日，北京專門以上學校教職員聯合會正式成立，北大教授康寶忠被推舉為主席，在會上，各校教職員一致簽名上書要求挽察。北京中等以上學校學生聯合會也上書總統和教育部，指出：“此次學生行動純屬全體學生公意，出自至誠，責無旁貸”。並針對當局要歸罪蔡元培的企圖，據理申辯道：“既屬生等全體行動，與各校校長絕不相關，尤非北京大學校長一人所能代任其咎。且蔡校長德高望重，海內宗風，自其入長大學，招致賢哲，成績斐然。不特親立門牆者鹹受薰陶，即異校弟子，亦得常親教澤，全國輿論尤極推祟，……自蔡校長辭職，學界震動，函電紛馳，驚惶萬狀。加以謠言紛起，大有不可終日之勢。大總統、總長素重教育，萬望俯順眾情，對於北京大學校長辭職，萬勿批準，並迅下明令，切實慰留，保此教育一線之曙光”。
12日，北京政府對挽蔡仍無任何表示，各校學生和教職員代表是日又在北大理科第一教室開聯席會議，再次表明挽蔡決心，學生並準備罷課。13日，各校教職員聯合會派出代表九人，到總統府請願。其他各高等學校校長也相率辭職，以示聲援。醫專校長湯爾和、工專校長洪熔等並於即日離京赴津，以示與蔡元培共去留的決心。當晩，北大評議會和教授會召開聯席會議議決挽蔡事項。會後向全校師生布告說：“本校教職員及學生全體，以蔡校長因學生救國義舉致受奸人逼迫而去，其一身之去留，不獨關係大學前途，實為全國人心民氣所係肩。”布告表示定與京中各校師生一道，“務期挽回蔡校長而後已。”它又指出：“五六日以來，蔡校長之蹤跡杳然，而政府之挽留之指令未下。是以本校群情憤激，有単獨罷課之議。同學諸君愛國愛校長之熱誠，當為國人所同諒。”5月11日成立的上海學生聯合會，也於15日發表宣言，要求北京政府“請自今日始，於一星期內作正當明確之表示，維持蔡校長之地位與大學尊嚴”。“若滿一星期猶無滿意之表示，則誓籌最後之對付，唯政府實利圖之。”
這場挽蔡鬥爭，成為愛國學生運動的繼續和發展，這不僅是關係個人的去留問題，而是一場反對軍閥政府、維護學生運動正義性的鬥爭。在人民群眾鬥爭的壓力下，教育部除派部員商耆專程赴滬挽蔡外，教育次長袁希濤還於5月12日後連連密電上海方麵，聲稱“情勢急切”，擬“速留蔡”，探詢“蔡公是否過滬倘蔡公抵滬，請先轉達”等等。5月14日，徐世昌簽署了挽蔡命令，稱“該校長殫心教育，任職有年。值茲整飭學風、妥善善後，該校長職責所在，亟待認真擘理，挽濟艱難。所請解職之處，著毋庸議”。但這個語意極不誠懇的命令，實明為挽留，暗存責備之意；同時他又玩弄一個花招，把挽蔡的命令和挽留賣國賊曹汝霖、陸宗輿的命令一道發表，陰謀以挽蔡為名把這兩個賣國賊也保護起來。更令人發指的是在這同一天，他又連續下達兩道繼續鎮壓學生運動的命令，威脅說：“其有不率訓誡，糾眾滋事者，查明斥退。”“糾眾滋事不服彈壓者，仍遵照前令，依法逮懲。”第二日，又將曾經同情過蔡元培的教育總長傅增湘，明令免職。這時安福係政客企圖乘機控製教育部，決定由參議院副議長、安福黨徒田應璜任教育總長，並擬由胡仁源出任北大校長。這一切都清楚地暴露了軍閥政府“挽察”的真實麵目。