甲午戰爭中，光緒帝極力主戰，反對妥協，但終因朝廷腐敗，而以清朝戰敗告終。痛定思痛，光緒帝極力支持維新派變法以圖強，光緒二十四年（1898年），光緒帝實行“戊戌變法”，但卻受到以慈禧太后為首的保守派的反對。
光緒帝打算依靠袁世凱牽制住以慈禧太后為首的這一股勢力，但反被袁世凱出賣。整個維新不過歷時103天，故稱“百日維新”。政變後大權再次落入慈禧太后手中，對外宣稱光緒帝罹病不能理事，實將他幽禁於西苑瀛臺，成為無枷之囚。
瀛臺島四面環水，只有一座過河石橋通往陸地。光緒住進去後，這座石橋就被拆除了。沒有了石橋連接，光緒與世隔絕，成了天外孤客。
太監每日送“御膳”時，搭起跳板，進入瀛臺；待光緒“進膳”後，太監離開，跟著撤去跳板。光緒萬般無奈，寫下“欲飛無羽翼，欲渡無舟楫”的詩句。
光緒用膳，慈禧也有嚴格規定：只能是“冷粥溫茶”——要等飯菜涼了才可以吃，理由是光緒犯了家法。衣衫只有一套，連換穿的都沒有。
光緒居住的涵元殿，窗戶紙被寒風吹破，慈禧也不允許修補，光緒只能在寒風中瑟瑟發抖。有一年冬天，湖上結了冰，光緒在冰上游玩，慈禧知道後，怕光緒從結了冰的湖面逃跑，命人天天在瀛臺岸邊鑿冰。
變法失敗後，光緒寵愛的珍妃命運更為悲慘。慈禧先對珍妃當眾施以杖刑，撤去簪珥首飾，囚禁於鍾粹宮後的北三所。
慈禧派了兩個宮女監視，“門自外鎖，飯食自檻下送”，每天還得忍氣吞聲地跪聽慈禧爪牙的“數罪”。衣食極為惡劣，蓬頭垢面，蝨蚤滿身，形同乞丐，悽慘異常。
珍妃被折磨，光緒皇帝感到如同自己被折磨，處死珍妃，光緒皇帝便死了一半。
光緒帝進宮時，體質本很弱，十八九歲後身體才逐漸好了起來，十年之內，看病用藥的次數越來越少，這個時期，也正是他親政處理朝政的時期。
而自光緒二十四年至二十五年變法失敗，他被囚瀛臺，二十八九歲的他正值盛年，健康狀況卻急劇下降。由於受到來自肉體和精神上的雙重摺磨，他的病已非藥石可療了。
捱至光緒三十四年（1908）十月（農曆），他病情惡化，10月16日，肺炎和心肺衰竭並至，10月20日，中樞神經系統發生病變，10月21日夜半時，“脈息如絲欲絕，肢冷，氣陷…神識已迷，牙齒禁閉，勢已將脫。”10月22日中午逝去，終年只有38歲。
由於光緒帝是先於慈禧一天而逝，光緒帝的死因引起了不少猜測，一直是人們談論的話題，也成為清末的一大疑案。
流傳最廣的議論是，慈禧病重，自知不久於人世，為防止光緒重新掌權，急忙立三歲的溥儀為皇儲，然後害死光緒帝，以絕後患。
也有說是袁世凱為了奪皇位，收買了光緒身邊的人，在光緒的飯菜裡面下藥毒死了光緒。
為解開這一歷史疑案，1980年經中央有關部門批准，清西陵文物保管所在清理祟陵地宮時，對光緒帝的遺體進行了化驗檢查。
光緒帝遺體為1.64米(身高)，筋骨骨骼各關節尚連為整體，沒有刀剁斧砍的傷痕。
保存最完整的是髮辮，髮辮分三股編成，長約一尺，辮梢扎有紅色的頭繩。
當時取頸椎骨和頭髮進行化學成分的化驗，證實沒有任何中毒跡象。清理化驗完後，工作人員將光緒帝的屍骨用塑料袋裝好封閉，放於特製的楠木小棺中，復葬進了原來的棺槨裡。
因此，根據化驗結果，也根據清史中保留的大量光緒帝脈案可以證明，光緒和慈禧前後差一天而逝，只是一種巧合。
2003年，中央電視臺清史紀錄片攝製組、清西陵文物管理處、中國原子能科學研究院反應堆工程研究設計所29室和北京市公知安局法醫檢驗鑑定中心4個單位的相關人員組成“清光緒帝死因”專題研究課題組。
課題組歷時五年，於2008年初冬，光緒皇帝逝世一百週年之際發佈光緒皇帝死因報告：光緒帝遺骨、頭髮、衣物中高含量的砷化合物為劇毒的三氧化二砷，光緒帝系急性胃腸性砒霜中毒死亡。
雖然光緒帝死因得到證實，但到底誰是給光緒帝投毒的兇手，截至今日，依然眾說紛紜，迷霧重重，還是一個歷史疑案。
