1888年，江苏宝山人朱其懿担任沅州太守，改变了熊希龄的一生。朱其懿曾在湖南多处担任知府，“所至有政声”，尤以兴学育才为务，深得湖南士绅的尊崇。朱其懿就职后，了解到沅州学风不振，数十年来，“乡会试榜久未中人”，于是决意从振兴本地教育着手。

在他的努力下，1889年，沅水校经堂正式落成开学，该校是一所具有改革精神的新型书院，一反当时盛行的科举教育模式，而以“实学课士”为宗旨。所谓“实学”，即以经史为治学之根本，此外，对词章、舆地、农政、河渠、兵谋兼而习之。为造就有用人才，朱其懿延揽通经名宿为主讲，师资雄厚，于是熊希龄立即投考就学。书院规定，学生必须德才兼修，在必修的基本课程之外，学生可以“选择一种自己所喜好的学问，然后由先生指定参考书籍阅读，再作笔记，晚上交给先生校改”。正是在这里，熊希龄眼界大开，除了经史学问有长足进步之外，他特别钟情于历史与舆地，这种修养最终成为他建功立业的基础。

1890年，湖南学政按试沅州，熊希龄名列第一，因此被选调到长沙的湘水校经书院继续深造。

1891年，参加本省乡试，以第19名高中，阅卷官对他的评语为“边楚蛮荒，前无古人，才华之高，乃三湘有为之士”。这时，熊希龄才是弱冠年华，才名一时誉满三湘。

1892年，参加进士考试，会试得中，但由于当时殿试要求馆阁体，而熊希龄此类书法不佳，于是决定暂不参加殿试，先回去练字，等待下一次殿试。

1894年，终于高中二甲进士，并被钦点为翰林院庶吉士，成为不折不扣的湘西凤凰。

1895年，爱才的朱其懿，把自己同父异母的妹妹朱其慧嫁给了自己的爱徒熊希龄。这位贤淑的夫人，成为熊希龄一生事业的知心伴侣。

投笔从戎

1895年，甲午中日战争爆发，熊希龄发现，在这灭国亡种的紧急关头，慈禧竟然还在为自己的六十庆典而大肆耗费本当用来充实武备的大笔财富。这一丑陋的场面，让熊希龄军人家庭出身的熊希龄感到自己受到了巨大的侮辱，恰在此时，湖南巡抚吴大电奏朝廷，请统率湘军入朝作战，暗弱的清廷如获救命稻草，当即应允。熊希龄立即计划投笔从戎，但这热情被两江总督刘坤一浇灭，失望的他告假还乡。不久，让当时湖南人骄傲的湘军在对日战场上一败涂地，清政府以签定丧权辱国的《马关条约》而告终。这一惨痛的失败，让熊希龄从信赖清政府的迷梦中惊醒，他很快转入了要求改革政治的阵营。

1896年，熊希龄给当时的洋务派首领、两湖总督张之洞上书，强烈要求变法维新，他本人随后也正式投笔从戎，被张之洞委为两湖营务处总办。在这个岗位上，熊希龄认识到了当时军队的各种积弊，于是撰写了《军制篇》，强烈要求改革军制，以增强清军的战斗力。这一军事著作，被时人认为是“于古今中外军事融会贯通”，堪为“中国改革新军的嚆失”。但当时的环境决定了熊希龄的建议终究如泥牛入海，他不得不等待新的时机。而此时，熊希龄的家乡在巡抚陈宝箴的支持下已然展开了轰轰烈烈的维新运动，这给了他新的舞台。

1897年，与谭嗣同等在长沙创办时务学堂，任总理;又参与创设南学会，创《湘报》，以推动变法维新。

1898年，戊戌变法失败，熊遭革职并交地方官严加管束。及至赵尔巽继任湖南巡抚，对熊备加提携;赵升东三省总督，任熊为屯垦局总办。清廷派五大臣出洋考察宪政时，熊经赵尔巽之推荐出任参赞，返国后任东三省农工商局总办、奉天盐法道、东三省财政监理官等职，其时有理财能手之称。在立宪运动中，熊沟通于清政府大员袁世凯、端方、赵尔巽和立宪派首领梁启超等人之间，冀图以立宪消弭革命。