清光緒二十一年(1895年)正值北洋艦隊在甲午戰爭中慘敗，民族危機空前嚴重，中國國內催生出了一股要求維新變法的思潮。也是在這一年陳寶箴出任湖南巡撫，這場危機讓陳寶箴認識到了清政權的腐敗，開始思考救亡圖存，“非掃弊政，興起人材，興天下更始，無以圖存”。此後他成爲湖南維新運動的領頭人物，是當時爲數不多的幾個實行新政的省份。陳寶箴在湖南主持的維新變法運動主要包括如下幾個方面：
一、政治方面，陳寶箴就任湖南巡撫後，着重整頓吏治，改良官場風氣，無疑起了積極的作用，但他的整頓吏治只是在封建統治政權內部調整。爲了推動湖南變法活動的有效實施，陳寶箴特地請了譚嗣同、梁啓超、唐才常等人來湖南興辦新政，遵循“中體西用”的洋務路線創辦了一批新式機構，比如仿照國外的巡捕房設立了保衛局和遷善所，對維護社會治安一定的作用。
二、經濟方面：首先體現在陳寶箴在湖南創辦了許多的企業，爲了增加地方財政收入，陳寶箴設立了礦務局，屬於官督商辦企業，即官府將一部分的採礦業交給商人，得到了當地民族資產階級的擁護和支持。此外，陳寶箴與當地紳商合作創辦了和豐火柴公司和寶善成機器製造公司，還支持民間集股修造了粵漢鐵路，創辦了小輪公司，鼓勵私人創辦其他企業。正是在陳寶箴等人的主持下，湖南省出現了一批近代企業，爲當地經濟的發展作出了不小的貢獻。雖然這種官督商辦的經營模式帶有明顯的洋務運動的特徵，但是在當時的歷史條件下，陳寶箴主持的湖南維新運動不僅具有明顯的救亡圖存的意義，而且對資產階級改良派來說起到了鼓舞作用。
三、文化教育事業：在推動維新變法的過程中，急需敢於改革精神的資產階級改良派人材，因而陳寶箴會同譚嗣同、黃遵憲、熊希齡等人創辦了新式學堂。1897年時務學堂正式在長沙建立起來，它不僅是教育和培養資產階級改良派人材的重要場所，而且成了維新派宣傳新政主張的思想陣地。此外，陳寶箴還支持維新派興辦了湖南課吏館、武備學堂等。爲了將維新派的改良主張推廣到全省，光緒二十三年(1897年)在長沙創辦了《湘學報》，《湘學報》初辦時，陳寶箴便飭令各州縣“於奉到後，先自捐廉，赴省訂購，每次或數十冊，或十餘冊，分交書院肄業各生及城鄉學士子，一體披閱，並勸紳商自行購買分送，神鄉僻寒酸，皆得通曉當世之務，以爲他日建樹之資。”足見陳寶箴對興辦文化教育事業的重視。
雖然陳寶箴在湖南主持的維新變法運動在當時具有不小的積極意義，但是陳寶箴並非資產階級改良派，他仍是封建地主階級的代表，與資產階級改良派存在着根本的分歧。雖然他支持維新變法，但他反對資產階級的民權平等說，並曾就此問題與康有爲、梁啓超等人發生衝突。可以說，陳寶箴發起維新運動的底線便是不能動搖封建專制統治。
