王国维还在为蒋汝藻编《密韵楼藏书志》之时，已收到逊帝溥仪的“着在南书房行走”的“谕旨”。溥仪是被辛亥革命推翻的清代末代皇帝，当时刚刚大婚，决定遴选海内硕学入直南书房，以丰富他的文化生活。1923年，由蒙古贵族、大学士升允举荐，王国维、杨宗羲、景方昶、温肃四人应召任逊帝溥仪的南书房行走，食五品禄。按照清代旧例，只有出身翰林并入甲科的人，才有资格入选，这对于毫无功名的王国维而言，无疑是一件值得欣喜的事情，自然欢跃应命。
王国维入直南书房，在一定程度上说，是社会对他学术研究地位的有效体认。1923年6月，王国维北上入京“觐见”溥仪，开始他的南书房行走岁月。进京之后的他，实际上没有实质性的工作可做。7月被溥仪加恩赏给五品衔，赏食五品俸，并赐紫禁城骑马的待遇。王国维获此“殊荣”，欣喜异常。王国维进京不久，宫中大火，烧毁建福宫及中正殿佛楼，烧毁无数文物古籍，罗振玉、升允等一班遗老欲乘机扳倒时任懋勤殿行走的郑孝胥，王国维不经意之中被卷入政治斗争，身心疲惫。较于入直之际的欣喜，可谓判若云泥，此时的王国维已厌恶了宫中的派系纷争，萌生闭门授徒，远离是非之地的念头。王国维逐渐觉察到自己被人摆布的尴尬，厌倦政治，更鄙视那些为个人利益而相互倾轧之人。1924年11月，溥仪被冯玉祥驱逐出宫，其后溥仪在日本人和遗老们的操纵下迁往天津，王国维便断然离开了溥仪。
五四运动前后，曹云祥出任清华学校校长。通过他的努力，清华学校升格为清华大学。在筹建清华国学研究院之时，他听取胡适的建议，认可大学关键在于聘请一流的学者，胡适再次推荐王国维。1924年秋，曹云祥亲自登门延请王国维，亦被王国维委婉谢绝，后来曹云祥派吴宓代表学校去请他出山，王国维被吴宓的真诚打动，同时清华方面承诺：王国维一切行动自由，不因为清华的工作而影响他与溥仪的关系。1925年4月，王国维携全家迁入清华园。斯时，清华国学研究院里，王国维、梁启超、赵元任、陈寅恪被聘为教授，李济被聘为讲师，蜚声学界的一流学者齐聚清华，一时传为盛事。
1925年7月，清华大学国学院以崭新的面貌招生，一时吸引大量的海内青年学子。全国各地的青年才俊纷纷来到清华大学，都想早日见到仰慕的王国维导师。在学子心中，仰慕已久的王国维大师应该会是一位风流倜傥的人物。可是王国维的第一印象却有点使人吃惊：面色发黄，八字胡，头戴瓜皮帽，身后拖着一根小辫子。外表甚至略显丑陋，但只要他一张口发表自己的学术见解，就把学子们带领到一个崭新的学术境界，学子们都由衷地敬服。在教书育人方面，他以其精深的学识、笃实的学风、科学的治学方法和朴素的生活方式，惠泽清华学子，培养和造就了一批文字学、历史学、考古学方面的专家学者。
1925年，清华大学国学研究院开学的第一年，招二十九名研究生，第二年招三十六名，他们或在王国维的直接指导下进行研究，或者听过他的基础课。这些研究生的选题范围广泛，除了研究中华文化经典着作外，还涉及教育史、法律史、人类学、少数民族历史、中外文化比较等学科，体现了研究大文科的视野。在开学前的暑假里，王国维给学生作了《最近二三十年中中国新发见之学问》的着名讲演，高屋建瓴地阐述新发现材料的价值，引导学子们去探究国学研究的最前沿问题，这为日后建立甲骨学、敦煌学、简牍学、古今民族关系学等专门学科，起了奠基作用。
王国维在清华主讲经史小学，每周讲授《古史新证》一小时、《尚书》一小时，《说文》一小时。他在清华所授课程中，影响最大的是《古史新证》，顾名思义，《古史新证》就是用新材料和新方法加以证明古代的历史，该门讲稿重材料，轻臆想，强调了学术研究的科学性。清华园相对安静的治学环境，给了王国维以重理旧业的条件。1925年，王国维在《古史新证·总论》中说：“吾辈生于今日，幸于纸上之材料外，更得地下之新材料。由此种材料，我辈固得据以补正纸上之材料，亦得证明古书之某部分全为实录，即百家不雅驯之言，亦不无表示一面之事实，此二重证据法，惟在今日始得为之。”在王国维的视野里，《尚书》、《诗经》、《易经》、《五帝德》、《春秋》、《左传》、《国语》、《世本》、《竹书纪年》、《战国策》、《史记》以及周秦诸子皆归属于纸上之材料，而晚清民国出土的甲骨文和金文则为地下之材料。
“二重证据法”是王国维多年学术研究的经验结晶，他根据玺印封泥、兵符、唐尺等出土古物来考证经史，进行实物和文献的互证；根据甲骨文、金文研究商周史；根据汉简来比勘唐史；根据碑文来考证高昌、回鹘历史；根据所见的魏石经拓片来校注《尚书》、《春秋》。“二重证据法”是一个富有方法论意味的时代性课题，它既继承传统史学考证方面的合理因子，又吸收西方史学研究的方法论。它客观重视甲骨文、敦煌文化、简牍等出土文物等新材料的证史价值，有利于学术界更加客观而公正地对待传世文献，这对当时过分疑古和忽视实物资料等不良研究倾向具有一定的纠偏作用。在具体研究之中，他融文字考释、事物分析和文献考证为一体，多方论证取得了惊人的成绩。它将地下材料与文献并重，结束了以往从材料到材料的传统研究方法，为国学研究开辟广阔的前景。
王国维在清华园度过了他一生中最为辉煌的日子，生活相对舒适，自身学术更加精进，学术成果丰硕，研究广度和深度均有了很大的进展。20世纪20年代是中国社会极度动荡的时代，张勋复辟、袁世凯称帝、护国运动、护法运动，城头变幻大王旗、你方唱罢我登场，军阀相互攻伐，各种社会势力的较量致使整个社会处于无序的状态，在传统知识分子身上产生巨大的阴影。1927年国民革命军北伐，冯玉祥部队直逼北京，冯氏前有逼迫溥仪迁出皇宫的行为，后有几次倒戈易帜的举动，清华园那些埋首书斋的教授们均对此存有恐慌和忧虑。王国维有清朝遗老之名，当年冯玉祥逼宫之际，他就紧随溥仪身边；他辞去北京大学通讯导师一职，就明确对北大学生直呼溥仪其名的行为说不。即使他一概不问政治，此时好像也很难脱身事外。
1927年4月，湖南籍国学家叶德辉因为不满农民运动，写诗词侮辱农民协会就被砍头示众，叶氏没有直接参与军阀内幕活动，亦无谋杀革命志士的血案。王国维多次提到叶德辉死于非命一事，显示了足够的愤怒和震惊。湖北王葆心惨案，也足使王国维震惊。时局如此动荡，传统知识分子的紧张和焦虑可想而知。与梁启超一样，王国维对南北军阀均无好感。如果北伐军以清朝遗老来治罪于他们，他们可能也就有口莫辩。紧张的时势，清华园不少学生劝说王国维暂时躲避一下，却被王国维婉言拒绝。
王国维天生忧郁悲观，1926年9月，王国维的长子王潜明因病去世。老年丧子，倍增王国维晚年境况的凄冷。王国维最疼爱的孩子就是王潜明，他身上寄托了王国维诸多未了的心愿。王潜明生前就职于海关部门，并与罗振玉的三女儿罗孝纯结婚。王潜明感染风寒，于1926年9月6日在上海去世。在天津的罗振玉也闻讯赶到上海，料理完丧事后却将女儿带回天津。浸在悲苦之中的王国维非但没有得到亲家的安慰，反而加深了因为误会而导致的裂痕。
王国维之女王东明《最是人间留不住》一文披露事情的原委：“父亲是个‘老式的好人’，但性格刚直。他的投湖自尽与大哥过世有很大关系。父亲最爱大哥，大哥病逝，给父亲很深的打击，已是郁郁难欢，而罗振玉先生又一声不响地偷偷把大嫂带回娘家，父亲怒道：‘难道我连媳妇都养不起？’然后把大哥生病时的医药花费全汇去罗家，他们寄还回来，父亲又寄去，如此往复两回，父亲气得不言语。”王国维指责罗振玉不受“亡儿遗款”是蔑视人格的表现，此后，罗、王二家因为王潜明遗款之事，关系日渐疏远，三十年的金石之交终于画上一个句号。爱子早死、挚友断交，性格内向的王国维处于崩溃的边缘。
哀莫大于心死，如果说某人死志已定，那么非常时刻之前的异常平静，正是其复杂内心痛苦抉择的结果。1927年6月2日，一位五十岁的质朴学者，效仿屈原自投汨罗江，跳入北京西郊颐和园的昆明湖，为自己人生画上一个句号。
