他痛定思痛，极力支持维新派变法以图强，光绪二十四年，光绪帝实行"戊戌变法"，但却受到以慈禧太后为首的保守派的反对。光绪帝打算依靠袁世凯牵制住以慈禧太后为首的这一股势力，但反被袁世凯出卖，从此被慈禧太后幽禁在中南海瀛台。整个维新不过历时103天，故称"百日维新"。政变后大权再次落入慈禧太后手中，对外宣称光绪帝罹病不能理事，实际将他幽禁于西苑瀛台，成为无枷之囚。载湉在最后十年的幽禁生活中，仍然坚持不懈地钻研法律，留心阅读世界各国的法律书籍。
光绪三十四年十月，光绪生病卧床。这时慈禧也生病了。光绪在日记中写道："我病得很重，但是我心觉得老佛爷（指慈禧）一定会死在我之前。如果这样，我要下令斩杀袁世凯和李莲英。"不料这段日记被李莲英获悉，他立即报告了慈禧，说："皇上想死在老佛爷之后呢！"慈禧听了，恨恨地说："我不能死在他之前！"
光绪三十四年（1908年）十一月十四日，光绪帝暴崩，享年38岁。过了不到一天，74岁的慈禧太后也去世了。关于光绪的猝死，人们猜测是慈禧害死了光绪，也是不无道理的。
前些年，有关部门对光绪遗体头发进行了化验，发现其中砷的含量高出正常值上百倍。地宫内并没有污染的迹象，与光绪皇帝葬于一室的隆裕皇后，头发中砷的含量也很正常。
