在梁启超人生道路的选择上，康有为是一位关键人物。康有为（1858—1927年），原名祖诒，字广厦，号长素，广东南海县人，因此人们常称他为“康南海”或“南海先生”。康有为虽然出身在一个大地主家庭，但在中国近代遭受帝国主义侵略和凌辱的时候，富有远大理想的康有为萌发了救国思想，成为中国近代向西方寻求救国救民真理的先进人物之一。1888年，他利用赴北京会试的机会，第一次上书清朝光绪皇帝，提出维新变法，御侮图强的要求。1889年回广东后，康有为继续宣传维新思想，开设学堂，培养变法人才，建立维新大军。
梁启超初识康有为是在1890年。这年8月，他在广州碰到学海堂的同学陈千秋（通甫）。叙谈间，陈千秋第一次向他说起康有为的情况。听了陈千秋的介绍后，梁启超当时觉得很新鲜，于是便跟着陈千秋，带着好奇的心理，一起去拜谒康有为。见面后，康有为毫不客气地批评梁启超从前所学的旧学问都是一些陈腐无用的东西。这次谈话从上午七、八点钟开始，一直谈到晚上九、十点钟。梁启超深深的被康有为那套独特的政治见解和学术观点所吸引，觉得康有为那些话有如冷水浇背，给他当头一棒，当晚回到学海堂后，心情久久不能平静，整整思索了一夜。第二天，他又去见康有为，决定脱离学海堂。拜康有为为师。
康有为是中国近代史上名扬中外的政治革新家，同时又是一位知识渊博、思想活跃的教育家，他办教育的目的是要用变法来指导教育，用教育来辅助变法。因此，他开设的万木草堂，从办学的指导思想、教学内容以及招生对象，都与当时的学海堂和广州其他几个书院不同。在教学内容上，草堂以康有为的《长兴学记》为学规，注意德、智、体全面发展。在智育方面，草堂设置的有些科目看起来和学海堂差不多，但内容并不完全一样。如草堂设置的义理之科有泰西哲学；经世之科有政治原理学和政治实用学，中国与万国政治沿革得失、社会学。考据之科有万国史学、数学、格致学等；文学科有外国语言文字学。这些都是梁启超过去在学海堂中没有接触过的。
在德育方面，康有为要求学生勤俭节约，懂礼貌，尊敬师长，爱护童幼。此外，还特别向学生提出“四耻”即耻无志，耻徇俗，耻鄙吝，耻懦弱。康有为解释说，这种严格的道德修养，目的在于激励气节，发扬精神，有了这种气节和精神，才能胸怀大志，不图个人荣华富贵，见义勇为，肩负起变法图强的重任。
在体育方面，草堂设有音乐舞蹈、体操、射击等科目，每两天上一次体育课，并将体育与习礼、音乐、舞蹈紧密地结合起来。康有为在草堂内专门设一乐器库，存放各种乐器和习礼器具，每逢初一、十五举行祀孔典礼，组织学生进行歌舞。此外，他还组织学生郊游，与学生一道到市内风景优美的地方游览、散步，遇年假，则赴外地游历。这些活动十分迎合青年人的天性，既可增强体魄，调节精神，又达到陶冶情操，寓教于乐的目的。
草堂招收的学生，都是一些有爱国思想的青年，他们年青活泼、感情奔放，有着共同的志向和抱负。因此，在草堂内，师生和同学之间亲如一家，团结友爱。学生尊敬老师，老师也爱护学生，视门生如子侄。至于同学之间，则更是亲密无间，他们同吃、同住、同学习，互相帮助，彼此关心，相待如兄弟。对于草堂内的学习和生活，梁启超晚年作过深情的回忆，称在万木草堂学习，没有一天不快乐的。
在万木草堂的众多弟子中，梁启超又是康有为最得意的门生之一。他与陈千秋最早来执弟子礼，曾担任学长，负责向后来的同门弟子介绍万木草堂的读书方法，被康有为视作当代贾谊，寄予莫大的希望。在草堂读书期间，梁启超不但最早得闻康有为当时还秘不示人的《大同书》，而且还与其他弟子一道参与《新学伪经考》和《孔子改制考》的编写工作。这两部著作是康有为利用今文经学为变法维新提供理论根据和事实根据的重要作品。《新学伪经考》一书断言被封建统治阶级视为神圣不可侵犯的古文经《左氏春秋》、《逸礼》、《毛诗》、《书经》等，都是两汉末年的刘歆为迎合王莽篡汉而谬托圣人制造的“伪书”，根本不可信。《孔子改制考》则将孔子捧为一位矢志社会改革的通天教主和为万世作法的“素王”，同时提出“通三统”、“张三世”的进化论的历史观。通过参与这两部分的编写，梁启超从中更深入地掌握了老师的思想理论，更加坚信改革的合理性和必要性。他后来将这两部书分别比作晚清思想界的“一大飓风”和“火山大喷火”，形容它们所产生的巨大思想威力。
从学海堂到万木草堂，是梁启超学问的一大转变，也是他人生道路的一个重大转折。。在康有为这位中国近代资产阶级改革大师的教育和启蒙下，梁启超也产生了救国救民的思想。在万木草堂读书期间，他常与要好的朋友纵论天下大事，思考如何推动国内变法。1892年，他在写给好友汪康年的信中，提出要变法，首先要兴办铁路。梁启超指出，目前社会对新生事物百般敌视，原因在于风气不开，人们孤陋寡闻，对世界一无所知；一旦兴办铁路，这种现象即可得到改变。因为道路畅通了，人们的见闻扩大了，就不会再反对变法。1893年冬，梁启超又与万木草堂的另一位弟子韩文举一道前往广东东莞讲学，宣传康有为的今文经学，阐述维新变法、改革社会的必要性。他的讲学，使东莞学子们思想为之一新，开始知道所谓人类公理、国家思想等是怎么一回事。
1894年，梁启超的思想有了更大的发展。这年的春夏秋间，他与夫人李蕙仙客居北京，与一批同情和倾向变法维新的人士广为结交，如夏曾佑、麦孟华、江孝通、谭嗣同等，经常聚在一起研究学问，讨论问题，提倡新学，关心国家的前途和民族的命运。那时正值中日甲午战争爆发之际，火药的气味已经弥漫在北京城的上空，但清朝统治阶级视战争如儿戏，根本没有把战争放在心上，仍在京城歌舞不休，寻欢作乐，忙着为庆祝慈禧太后的60寿辰大修颐和园，布置“万寿点景”。目睹清朝政府的腐败，梁启超更增强了变革的紧迫感。他在这时写给好友夏曾佑的一首诗中，劈头就长歌当哭，强烈谴责在腐朽的清政府统治之下，人民涂炭，道德沦丧，学术凋敝，有志之士遭压制，报国无门，万马齐暗，号召有志之士赶快行动起来，实现变法救国的伟大理想。梁启超这首诗这样写道：
怅饮且浩歌，血泪忽盈臆。
哀哉衣冠俦，涂炭将何极！
道丧廉耻沦，学敝聪明塞。
竖子安足道，贤士困缚轭。
海上一尘飞，万马齐惕息。
江山似旧时，风月惨无色。
帝阍呼不闻，高谈复何益！
不但如此，梁启超在京期间还就《新学伪经考》毁版案一事，首次与顽固守旧分子展开较量。这年的8月3日，一个名叫余联沅的封建卫道士上书弹劾康有为，要求朝廷销毁在社会上极有影响的《新学伪经考》一本，并禁止康有为在广东讲学。清朝顽固派总头目慈禧太后批准余的上奏，下诏令给当时的两广总督李瀚章，要他查办此事。梁启超得知这个消息后，异常气愤。他一面将消息通知康有为，让他作些准备，一面利用旅京之便，托沈曾植、曾广钓、黄绍箕、文廷式、张謇等同情维新派的名流，向广东学政徐琪、北洋大臣李鸿章以及户部尚书、光绪皇帝的老师翁同龢等清廷要员疏通关节。在梁启超的奔走活动下，李瀚章最后令康有为自行销毁其书，了结此案。梁启超在这场政治风波结束后于11月离京南归，等待维新运动机会的到来。