孙中山自八月二十四日进京至九月十七日离开，在北京整整待了二十五天，期间与袁会面竟有十三次之多。且多为二人密谈，有时孙中山的广东同乡、总统府秘书长梁士诒在座。
据国民党编撰的《国父年谱》记载：“先生留京约一月，与袁会晤共十三次，每次谈话时间自下午四时至晚十时或十二时，更有谈至次晨二时者。每次会晤，只先生与袁世凯、梁士诒三人，屏退侍从。所谈皆国家大事，中外情形，包括铁路、实业、外交、军事各问题，表面甚为畅洽。”
袁世凯邀请孙中山北上，一是试探孙中山。辛亥革命成功后，南北妥协达成了民国的统一，但南北仍互不信任，彼此猜忌。袁世凯对长江以南的控制是有限的。他通过实战摸清了武汉革命军实力，但对其他地方尤其是宁沪革命军实力没有底，更不清楚南方革命党人下一步会有什么动作。正如总统府军事处参议官唐在礼回忆中所说，袁世凯邀孙中山进京的目的之一，就是想“摸清孙中山究竟有些什么打算”。
二是笼络孙中山。据唐在礼回忆，袁世凯邀孙中山进京的另一目的是“进行拉拢，把中.山先生置于自己掌握之中”。有两件事，袁世凯办得令孙中山十分满意。一件为修筑铁路。孙中山卸任后从政治家改行为实业家，计划十年内筹建铁路二十万里。袁世凯明知孙中山修筑铁路的计划不可能实现，却偏偏满足其要求，就是为了笼络孙中山，给孙中山这帮失业的革命党找点事做，免得他们闹事。
九月十一日，袁世凯委任孙中山为中国铁路总公司经理，把慈禧专用的小火车拨给孙中山一行使用，而且巡游经费管够，并知会各地官员盛情款待。
另一件为孙中山的三个子女（孙科、孙娫、孙婉）在国外读书。因缺钱供给，他想为子女申请公费，但按留学章程不够资格。孙中山遂走后门，请袁世凯出面下拨官费资助，袁世凯当然求之不得。如此，孙中山无论于公于私还是大事小事都受了袁世凯恩惠。
三是利用孙中山。袁世凯就任临时大总统后，想向国内外显示，自己得到全国各党派各阶层一致拥护与支持。因此，他既邀请孙、黄等革命党领袖进京，也邀请康有为、梁启超等保皇派首领归国。孙中山若北上，表明南方革命派承认和服从袁世凯的领袖地位，袁氏当国更顺理成章；同时也能为袁世凯解决政党政治等诸多问题。
在袁世凯看来，他的这个大总统当得很不称心如意，参议院和内阁总跟他过不去，一心要分总统的权。唐绍仪和陆徵祥两个总理先后辞职不干，袁世凯提名警察头子赵秉钧为内阁总理，参议院又饶舌不予通过。他闻知国民党即将成立并欲邀孙中山任党魁，便欲借助孙中山的威望压制参议院那帮同盟会员们。
孙.中.山在京一月，在与袁会谈中，多有建议。每当孙提出一个问题，袁世凯总表示提出的好，非常赞同。有一次孙.中.山再次表示愿意在十年之内修筑铁路二十万公里，请袁在同一时期练兵一百万。孙中山提出的其他的所谓“问题”，袁世凯不会放在心里的，这次一说让他练兵一百万。正说到袁的心坎上。他一时激动，冷不丁地站起来，把胳膊一举高声呼道：“孙.中.山先生万岁！”
孙.中.山到京后，在与袁世凯的相处中，应该是被袁表面的“热情”蒙蔽，以为袁世凯并不像传言中的那么坏。于是他力劝黄兴北来。
孙.中.山致电黄兴说：“以弟所见，项城实陷于可悲之境遇。而绝无可疑之余地，振武案实迫于黎之急电，非将顺其意，无以付黎之望。弟到此以来，大消北方意见。兄当速来，则南方风潮亦可止息。统一当有圆满之结果。”
此后，针对部分革命党人对袁世凯的不信任，孙..中山在接受北京媒体采访时公开表示：“袁总统可与为善，绝无不忠民国之意，国民对袁总统，万不可存猜疑心，妄肆攻讦，使彼此诚意不孚，一事不可办，转至激迫袁总统为恶。”
孙中山对议员汤漪言道：“袁总统才大，予极盼其为总统十年，必可练兵数百万，其时予所办之铁路二十万里亦成，收入每年有八万万，庶可与各国相见。
“可以和袁总统一起做善事……袁总统绝没有不忠民国的意思…国民对袁总统，万不可存猜疑心……万不可随意揭发袁总统阴私、抨击袁总统使彼此不信任、什么事都办不了……还刺激逼迫袁总统做坏事。
“袁总统才大，予极盼其为总统十年，必可练兵数百万，其时予所办之铁路二十万里亦成，收入每年有八万万，庶可与各国相见：那时，我们差不多可以与世界各国平起平坐了。”
二十八日，袁世凯正式宴请孙中山，各部长、各高级军官及参议院议长、秘书长等，诸满蒙王公作陪，席间，袁对孙中山备加赞扬，并高呼中山先生万岁。孙中山亦高呼袁大总统万岁……
孙中山在欢宴席上的答词，更是对袁世凯推崇至极： “兄弟所最崇拜袁总统，有一件事最为人所信者：中国向以积弱称，由于兵力不强，前袁总统在北洋时，训练兵士，极为得法，北洋之兵，遂雄全国。现共和粗建，须以兵力为保障。