清光绪二十一年(1895年)正值北洋舰队在甲午战争中惨败，民族危机空前严重，中国国内催生出了一股要求维新变法的思潮。也是在这一年陈宝箴出任湖南巡抚，这场危机让陈宝箴认识到了清政权的腐败，开始思考救亡图存，“非扫弊政，兴起人材，兴天下更始，无以图存”。此后他成为湖南维新运动的领头人物，是当时为数不多的几个实行新政的省份。陈宝箴在湖南主持的维新变法运动主要包括如下几个方面：
一、政治方面，陈宝箴就任湖南巡抚后，着重整顿吏治，改良官场风气，无疑起了积极的作用，但他的整顿吏治只是在封建统治政权内部调整。为了推动湖南变法活动的有效实施，陈宝箴特地请了谭嗣同、梁启超、唐才常等人来湖南兴办新政，遵循“中体西用”的洋务路线创办了一批新式机构，比如仿照国外的巡捕房设立了保卫局和迁善所，对维护社会治安一定的作用。
二、经济方面：首先体现在陈宝箴在湖南创办了许多的企业，为了增加地方财政收入，陈宝箴设立了矿务局，属于官督商办企业，即官府将一部分的采矿业交给商人，得到了当地民族资产阶级的拥护和支持。此外，陈宝箴与当地绅商合作创办了和丰火柴公司和宝善成机器制造公司，还支持民间集股修造了粤汉铁路，创办了小轮公司，鼓励私人创办其他企业。正是在陈宝箴等人的主持下，湖南省出现了一批近代企业，为当地经济的发展作出了不小的贡献。虽然这种官督商办的经营模式带有明显的洋务运动的特征，但是在当时的历史条件下，陈宝箴主持的湖南维新运动不仅具有明显的救亡图存的意义，而且对资产阶级改良派来说起到了鼓舞作用。
三、文化教育事业：在推动维新变法的过程中，急需敢于改革精神的资产阶级改良派人材，因而陈宝箴会同谭嗣同、黄遵宪、熊希龄等人创办了新式学堂。1897年时务学堂正式在长沙建立起来，它不仅是教育和培养资产阶级改良派人材的重要场所，而且成了维新派宣传新政主张的思想阵地。此外，陈宝箴还支持维新派兴办了湖南课吏馆、武备学堂等。为了将维新派的改良主张推广到全省，光绪二十三年(1897年)在长沙创办了《湘学报》，《湘学报》初办时，陈宝箴便饬令各州县“于奉到后，先自捐廉，赴省订购，每次或数十册，或十余册，分交书院肄业各生及城乡学士子，一体披阅，并劝绅商自行购买分送，神乡僻寒酸，皆得通晓当世之务，以为他日建树之资。”足见陈宝箴对兴办文化教育事业的重视。
虽然陈宝箴在湖南主持的维新变法运动在当时具有不小的积极意义，但是陈宝箴并非资产阶级改良派，他仍是封建地主阶级的代表，与资产阶级改良派存在着根本的分歧。虽然他支持维新变法，但他反对资产阶级的民权平等说，并曾就此问题与康有为、梁启超等人发生冲突。可以说，陈宝箴发起维新运动的底线便是不能动摇封建专制统治。