李鸿章为培养新式军官，聘请德国人出任教官，建立了天津武备学堂。年轻的王士珍在征得叶志超同意后，考入该校炮兵科，成为中国第一批真正意义上的炮兵专业技术人才。在炮兵科学习3年，毕业后回山海关任炮队教习。他采用西法教学，学以致用，博得叶志超称赞。
1894年，朝鲜爆发内乱，中国和日本同时出兵朝鲜。叶志超奉命出征，并带上了初出茅庐的王士珍。叶志超受命防守平壤，王士珍所在的牙山军负责防守大西门至七星门阵地。他观察地形后，极力建议"宜于城外，山上设奇布防，敌至方能应战"。可惜，叶志超没听。无奈之下，王士珍只能率领炮队学兵坚守在城上顽强鏖战，给日军以重大杀伤。在战斗中，王士珍左手无名指被炸掉，额头左上部被弹片击伤，留下一寸多长的伤口。平壤失守后，王士珍跟着叶志超一路败退回国。王士珍的领导叶志超被处分，但王本人由于他英勇奋战，光荣负伤，朝廷并没有对他做任何处罚，还是任命他统领炮队，守备山海关。
甲午战争惨败使满清朝廷开始看清楚现状，不再沉迷于天朝上国的幻想，开始编练新式陆军。在荣禄和李鸿章的保荐下，袁世凯奉命在天津小站编练新式陆军。
练兵，首先需要人才。老袁是聪明人，马上找到曾经担任天津武备学堂总办的荫昌，让他推荐人才。荫昌第一个就推荐了王士珍，说他心思细密，办事沉稳，能力出众，还有一定的战场经验。老袁大喜，立即拍板，将王士珍收入小站新军序列。同时，老袁还从当时的武备学堂毕业生中挑选了王士珍两位小师弟，一个是段祺瑞，一个是冯国璋。
