北的封禁令，并鼓励山东、河北等省百姓大量迁入。到了1904年，日本和俄国为了争夺在远东的利益，竟在东北大打出手。清廷无力保卫自己的领土，只有忍气吞声地宣布严守“中立”，同时声明道：“倘有牵涉中国事件，凡未经与中国商定者，一概不能承认。”但是日俄两国竟置之不理，擅自于次年8月签订了《朴茨茅斯条约》，开始出现“南满”、“北满”的称呼，东北面临被瓜分的危险。清廷经抗议无效后，认为有必要加强对东北的控制。徐世昌从东北考察归来后呈递的《密陈通筹东三省全局折》中，对这些问题看得很透彻，这也为他赢得这一要职增加了筹码。
就东北形势而言，徐世昌可以说是受命于危难之际。他于1907年4月从北京出发，乘火车赴奉天就任东三省总督、钦差大臣兼三省将军事务，麾下的三省巡抚分别是奉天唐绍仪、吉林朱家宝和黑龙江段芝贵。段芝贵因“性贿赂”丑闻旋即被免，代之以程德全。这些人当时都属于开明派，日后则都将在民国初年大显身手。军事方面，则带来了曹锟和张勋。徐世昌深知东北局势的险恶，知道没有军队将一事无成。恰巧中央在削夺袁世凯的兵权，将一、三、五、六镇收归陆军部直接管辖，他便奏请将第三镇调驻东北。第三镇是袁世凯的王牌，徐世昌此举既壮了自己的声势，又为好友保存了实力，可说是一举两得。第三镇统制曹锟是袁世凯最亲信的部下，徐世昌如果抱有私心，完全可以换帅夺权，他既然并未这样做，足见他与袁世凯的友谊是经得起考验的。后来沙俄雇用蒙族土匪骚扰挑衅，东北原驻军不能抵抗，还是曹锟带领第三镇东征西讨，才稳定了局势。除曹锟外，他还带来了张勋。当初徐在小站时看中了张的直爽性情，特意收其为门生，张勋意外地列名翰林门墙，也深感荣幸。这次徐世昌任命他为奉天行营翼长，后来也参与了剿匪。慈禧太后听说张勋力战有功，特意提拔为实缺提督，十分宠信，张勋也感恩戴德，这埋下了日后复辟的伏笔。行政方面，尚有陶大均、钱能训、黄开文等。此外，徐世昌还带来一批能人异士，比如武术大师孙禄堂，便是被徐世昌三顾茅庐请到东北的，后来更长期跟随徐世昌。不久后，孙禄堂在奉天轻松击败欧洲格斗冠军俄国人彼得洛夫，名震中华，又为东北军队的体质训练做出了一定贡献。总之，由于徐世昌兼有开明派与清流派两种形象，士人争相往之，故东北一时成为人才辐辏之地。
徐世昌到任伊始就遇到十分棘手之事。7月11日，日本驻华代理公使阿部守太郎照会中国外务部，妄言位于图们江的江东滩“间岛”为何国领土未定，并于同日悍然派军进驻。所谓“间岛”，指的是延边一代的延吉、汪清、和龙、珲春四县，原属宁古塔辖地，光绪年间并入吉林省延吉厅，是毫无争议的中国领土。《朴茨茅斯条约》签订后，日本占得进一步侵凌中国的地利之便，所谓“间岛”问题就首当其冲地被提了出来。15日，日本擅自在延吉设立了“驻韩统监府派出所”，准备正式吞并该地区。徐世昌闻讯，立即派道员王崇文和监督吴禄贞赴延吉取证，证明“间岛”完全位于图们江北，是中国领土无疑。16日和19日，外务部两次照会日方，严正声明日方为侵略行为，敦请其撤出“间岛”。经过反复交涉，据理力争，日方不得不撤出该地区。这是徐世昌东北任上的第一件大事。
对“间岛”的保卫具有极其重要的意义，由于沙俄鲸吞中国领土，使中国失去了在东北原本漫长的海岸线，这对于当地渔民来说无异于灭顶之灾。有鉴于此，清廷据理力争，于1886年与俄国签订了《中俄珲春东界约》，将两国沿图们江的界碑向日本海方向推进了34华里，并争得了图们江通海航行的权利，从此20年内，该地区的出海贸易频繁。日本人之所以想染指“间岛”，正是眼红于此。
问题解决后，清廷将该地区开辟为正式的商埠，1909年又在珲春设立海关总管，统管东北边境的海关事宜，于是贸易更加兴旺，航线持续增多。直到1938年，日本在张鼓峰战役中败于苏联，遂封锁了图们江口，中国渔民的出海贸易才告停止，至此共行使出海航行权52年。
同时，徐世昌特聘英国工程师秀恩对葫芦岛海域进行了勘测，结果认为此处为建筑港口的适宜之地，此即葫芦岛港的滥觞。在内河航运方面，徐世昌则于到任之初便命人调查松花江航路，并在哈尔滨成立“汽船官营总局”，购买轮船开始在松花江上进行航运业务，从而有力地促进了松花江流域的经济发展。
沙俄之所以能轻易地攫取中国东北大片领土，除清朝国力疲弱外，另一客观原因是东北地广人稀，很容易被对方进行殖民占领。比如，沙俄于1900年侵占的江东64屯，是黑龙江中游最富庶的地方，方圆有一百里，中国人却不过三万余，由于远东俄国人在粮食物产方面对其依赖严重，于是大量移民进入该地，并最终出动军队进行种族屠杀，永远霸占了这一地区。之后，沙俄和日本对东北的殖民倾向日益严重。清廷痛感于此，为防患于未然，将移民垦荒作为一项重要“新政”来推行，然而在东蒙地区推行的“放垦蒙地”则一度激起了蒙古牧民的激烈反抗。
沙俄对内外蒙古的觊觎之心昭然若揭，因此，虽然牧民激烈反对，但为了迅速移民以实现有效控制，清廷对抗垦者进行了严厉的镇压。当时的东部内蒙古地区分属黑、吉、奉三省，因此继续推行“放垦”政策也是徐世昌的一项重要工作。1907年，新成立的黑龙江垦务总局宣布将尚未分放的荒地一律展放。次年，为犒劳驻扎东北的第三镇退伍兵，黑龙江省宣布每人授田百亩，兴办屯田，以补军用。牧民生存空间被挤压，于是在绰克大赍的领导下进行了武装反抗，徐世昌派兵征剿，虽然一直未能擒获绰克大赍，却在一定程度上保障了“放垦”政策的继续执行。蒙古放垦政策从1902年开始的十年之内，共放垦土地约为10万余顷加330余万垧，并征收了约700多万两押荒银。
1909年，徐世昌又奏请在东蒙设立洮昌道，以加强管辖，并建议加强对蒙族子弟的汉化教育，同时在各地法政学堂加开蒙语课程，以利于汉蒙沟通。这些举措的目的皆是强化对东蒙地区的控制，以对抗俄日两国迫在眉睫的侵略，在客观上则促进了东蒙诸旗的近代化。但是清末十年掠夺性的大规模滥垦，排斥传统的畜牧业，使这一地区的生态环境日益恶化，这当然是身处那一时代的徐世昌所无法料及的了。
总体而言，徐世昌在东北的施政纲领是“平均各国之势力，广辟商场，实行开放”。所谓“平均各国势力”，乃是弱国外交的最为现实之路，是晚清外交政策的主线，以前的李鸿章便是如此，如今身处形势更为严峻的东北，更是惟有如此。所谓“广辟商场，实行开放”，则是通过与各国的通商往来，建设正常的经济交往，以形成关系各方利益的非军事化氛围。徐世昌之所以能鲜明地提出这一纲领，除了他在北洋军队中的钻研西学和在天津的行政历练之外，还在于他的助手奉天巡抚唐绍仪是最早的留美学生之一，素来亲美，其余僚属也多有亲美派，他们上下一心，故能迎合美国的“门户开放”、“机会均等”的外交思路。有关他在东北的表现，他都亲自记录于《东三省政略》和《退耕堂政书》两书之中。
徐世昌于1909年调任邮传部尚书，在他主政东北的两年内，俄日两国势力得到一定程度的遏止，工商业获得一定程度的发展，财政收入有所增加。到他卸任之时，奉天已是一座马路、电灯、巡警无不具备，俨然欧式的近代化城市。贝勒载涛出访欧洲返国时路经奉天，见到楼厦壮丽、军乐嘹亮，不禁啧啧称奇，回朝后盛赞徐世昌的施政能力。结合他在天津和东北的表现来看，他绝非一个沽名钓誉的泛泛之辈，而是一个不折不扣的实干家。
当时慈禧太后已死，袁世凯知道将不见容于摄政王载沣，称病回乡隐居。他的部下多有不服，军机大臣张之洞于是奏请调徐世昌回朝，以笼络北洋军。他与满旗权贵素来和睦，于是竟得到了朝官的第一肥缺——邮传部尚书。到了次年，清廷设立内阁，以庆亲王奕劻为总理大臣，他和满人那桐为协理大臣。徐世昌终于赶在共和肇立之前，成为登峰造极的汉臣。
徐世昌在东北还有一事几乎被人遗忘：1908年，孙中山的特使李石曾秘密来到奉天，劝他响应革命。他回答道：“反对清朝我做不到，但是我决不跟党人为难，并请您向孙先生致意。”临行还赠送路费两千元。他向来不轻易赠人金钱，此举足见他对孙中山和李石曾的敬意。后来，革命党人分析道，如果摄政王载沣杀了袁世凯，徐世昌出于为好友报仇以及避祸的心理，是有可能响应革命的。
三、“文人做总统”
徐世昌之所以不排斥革命党，想必是出于他对清朝统治能力的悲观。一方面，他对清廷感恩戴德；另一方面，他又对清朝的统治不抱太大希望。这种矛盾的心理绵延至清亡之后，深刻影响着他今后在政坛上的表现。
他在邮传部尚书的任上也一样卓有成效。最可称道的是他大量任用归国留学生，如胡贻谷、项骧、王世征、李方、熊崇志、施愚、马德润、郑诚、水钧韶、周启廉、黄为基等都得到他的青睐，而既无出身又无官职的留美工科学生詹天佑更被他破天荒地授予“五品顶戴”，最可见他爱才之心。他还创办《交通官报》，宣传和普及交通、信息知识和筹办邮传宪政等等，对实业、信息产业的发展都做出了贡献。
唐绍仪与伍廷芳在上海会面
徐世昌在阁臣任上波澜不惊，但清廷的统治却已是风絮雨萍，到了辛亥年十月，武昌终于被革命党人攻占。清廷派荫昌前往征剿，不料引起了一片责难之声。由于党人打出的是恢复汉土的旗号，而荫昌恰是满人，于是在敌我双方均激起了猛烈的针砭。北洋军不同于以前的八旗兵，不仅汉人占绝对多数，而且很多都被潜伏的革命党人策反动员过了，如今见满人带兵打汉人，自然是怨声载道。北洋军是袁世凯一手调教出来的，大小将领多是袁的亲信，今见有隙可乘，便纷纷呼吁请袁世凯出山。摄政王载沣迫于形势，只好重新启用袁世凯，任命他为湖广总督兼办剿抚事宜。不料袁世凯的眼里已看不上“总督”了，竟一口回绝。当时革命军兵锋甚锐还在其次，北洋军中也笼罩了一股诡秘的氛围，战不能战，散亦不散，开往武汉的后援部队裹足不前，似有反噬京城的趋向。载沣大惊失色，只好求助于徐世昌。
徐世昌和袁世凯的关系天下皆知，但满清权贵竟然能始终信任徐世昌，纵是到了这个你死我活的关头，载沣等居然还对徐世昌深信不疑，足见徐世昌做人的成功。他总结自己的为官秘诀为八个字，即“圆通”、“沉稳”、“柔韧”、“机警”，而徐世昌之所以能左右逢源，立于不败之地，第一利器便是“圆通”二字。但是正因为“圆通”，当此紧要关头，就决不会对清廷效愚忠�