1902年初，李提摩太建议岑春煊将山西大学堂与他拟创办的中西大学堂合并办理。合并后山西大学堂内设两部：山西大学堂改为“中学专斋”专教中学，由华人负责；中西大学堂改为“西学专斋”专教西学，由李提摩太本人负责，由此山西大学堂就成为了中西共为一体的一所新式学堂。
当时，根据《奏定学堂章程》，设立在省会的大学堂，至少需要设置三科才能成立。1903年下半年，各省都按章程规定改为高等学堂，全国只有京师大学堂和山西大学堂仍保留为大学堂，同年10月，天津中西大学堂改为北洋大学堂，直到辛亥革命时，全国总共也只有以上三所大学堂。
山西大学堂
1910年，山西大学堂已开办近10年，省出经费50万商银已付清，根据“合同”规定，西学专斋应归还山西自办。是年11月上旬，李提摩太来并办理了有关移交手续，西斋教习也大部分按合同解聘离晋，不久辛亥革命爆发，中华民国建立。
1912年南京临时政府成立，教育部颁布了新的教育法令。遵照新的规章，山西大学堂改名为山西大学校，监督改称为校长，中学专斋与西学专斋的建制也同时取消。设立了预科和本科，预科分为一、二两部，一部为文法科，二部为理工科，均修业三年，本科分文法工三科。由此山西大学校便奠定了以后文理多科的综合性大学的基础。
国立山西大学
1918年7月，山西大学校列入国立范围，被称为国立第三大学。直至此时，全国公立（官立）大学仍只有北京大学、北洋大学和山西大学三所，并规定凡是山西大学本科毕业生，以其所学任事三年，或曾任校长及教员满三年者可参加参议员选举。直到1922年重新颁布学制，全国大学才逐步增多。
山西大学堂
1931年改名为山西大学，抗战期间，曾迁至晋南、陕西三原、秋林等地。
1937年被迫停办，1939年复校。
1949年春，中国大学理学院并入山西大学。
1952— 1953年院系调整，取消山西大学建制，文、理、工、医、法五个学院调整如下：
文、理两院(含中文、历史、外语、教育、数学、化学、生物7个系）合并，改称山西师范学院（后并入山西大学）。
山西大学堂
根据1902年清政府颁布的 《钦定学堂章程》（称为 “壬寅学制”）和次年又重新颁布实施的《奏定学堂章程》（称为 “癸卯学制”），高等教育分高等学堂（大学预科）、大学堂（大学专门分科）和大学院（亦称“通儒院”，相当于研究院，大学毕业始许入学）。高等学堂和大学堂学制为三年，大学院学制为五年。山西大学堂的学科课程设置和教学基本上是依照新学制的规定建立并逐步完善的。
