光绪二十六年六月十四日(1894年7月16日)，王懿荣接到上谕：“陆润痒现出试差，国子监祭酒着王懿荣署理”。
国子监位于北京安定门内雍和宫对面的成贤街，左边与孔庙相比邻，取左庙右学之意。元明清三代，国子监是国家最高学府，因遍布于全国各地的府州县各级官学亦归其统领，故而也是国家最高教育管理机构，祭酒乃是国子监的最高长官，相当于现代的最高学府校长兼教育部部长。
王懿荣署理国子监，每日专心监生授课研习和各地州府县官学进呈诸事，本想勤谨用心，为国育才。可不久就有一件事让他忧心不已。日本人狼子野心，发动了入侵朝鲜的战争，这是日本实施“大陆政策”，进攻中国的前奏。八月，从丰岛到平壤，日军很快打过了鸭绿江。九月，又发动了黄海大战，迫使北洋水师退居威海卫军港之内。十一月，日军攻占旅顺，血洗全城。翌年春，日军炮击威海港，北洋水师全军覆灭。日军在荣城登陆，进占山东半岛。
山河破碎，家园涂炭，王懿荣义愤填膺，上书请命，要求回乡办团练，组织民众抗击日军。
军情紧急，王懿荣奏请光绪皇帝，表明自己的老家福山地处滨海，距威海一百余里，是渤海南路要冲，地理位置十分重要。“此地一失，大局瓦裂”。“非有得力军干，迅速赴援，不足济急”。
同日，王懿荣的妹夫，两江总督张之洞也向朝廷建议，在“孤军恐难久持，援军缓不济急”的情况下，由山东巡抚李秉衡“晓谕荣成、登州一带居民，各集团练义勇，协助官军击倭”。光绪帝采纳了这些建议，令李秉衡催促地方文武抓紧办理，同时允准王懿荣回籍办团练，并颁发饷银25000两，另发2000两作筹备之资。王懿荣星夜赶到莱州府，不顾旅途劳累，与李秉衡商谈布防和巡视团练有关事项，在十几天内巡视了登州所属十县团练演练情况。在蓬莱阁北山炮台视察结束后，他亲笔题写了《郓城夏公印辛酉字庚堂德公牌，表彰提督夏辛酉及其所率舰队——在甲午海战中，夏辛酉率部英勇作战，击沉日舰两艘。在丰岛海战中也曾猛轰日本旗舰吉野号，吓得曾猖狂一时的吉野掉头逃窜。光绪皇帝因此任命他为兖州镇总兵。
行经莱阳时，知县徐桂宝对王懿荣回郡抗敌的事迹感到钦佩，将自己珍藏的戚继光抗倭时所用的宝刀赠给了他。王懿荣从小就敬仰戚继光这位同乡的抗倭名将，童年时即爱读其《练兵宝纪、《纪效新书等兵书。光绪十五年(1889年)他在翰林院供职时，特将翰林院所藏戚继光的《止止堂集送交山东巡抚张耀，在济南重印，并撰写了《重刻戚继光毅公〈止止堂集〉。如今又得到戚继光用过的这口宝刀，惊喜之情难以自抑，在给王守训的信中称：“在莱州得万历十年戚武毅所造刀，此是刻《止止堂集之报也。”他写下了《戚武毅公宝刀歌。
昔年曾刻《南塘集，今朝喜得戚家刀。
刀轻如纸光如水，两行款识秋芒豪。
上镌万历十年字，是时公居蓟镇地。
登州戚氏岳家军，铸刀初成姓为记。
忆昔浙闽与三边，公所到处皆凌烟。
虏酒朔风不成醉，精神炯炯三百年。
几经流传济南驿，徐侯得之若拱壁。
银函未改明时装，鸊鹈血染苔花碧。
我今持节过莱阳，下马直上徐侯堂。
徐侯宝刀举相赠，知余团练兼御防。
千金挂树生不疑，楚弓楚得千古奇。
即今防边二义，关东诸将何离披。
北洋舟师更论，一掷二千六百万。
遂令穷岛逞天骄，海夹虾夷任滋蔓。
朝廷命我治乡兵，徐侯与我同岁生。
俯仰东南天半壁，酒酣斫地泪纵横。
可是就在王懿荣紧锣密鼓招募乡勇的时候，朝廷却传来了李鸿章与日本人签订了《马关条约的消息。很快，朝廷给他发来上谕：“和议已定，勿庸招募，立即回京供职。”。王懿荣奈，愤然写下七绝《偶感一首：
岂有雄心辄请缨，念家山破自惊魂。
归来整旅虾夷散，五夜犹闻匣剑鸣。
此次回籍办理团练，户部库银2.5万两作为团练月饷，丝毫未动，只是作为筹备费用的2000两部支银已全部花完，而且亏空500余两。山东巡抚李秉衡表示愿赠给银俩弥补，王懿荣却婉言谢绝了。
他向朝廷请假两月，回乡省亲。
此前，他73岁高龄的老母亲被接到妹夫张之洞的两江总督任所，接到他的信后回到家中，闻知儿子筹备费用亏空，当即卖去钗钏，给他弥补亏空。
光绪二十一年四月二十三日，王懿荣接到朝廷圣旨：“着补授国子监祭酒。”六月假期已满，十六日，由烟台起程北上。二十日(8月10日)回京复命，入内谢恩，并奏请注销钦命办理山东登州团练木质关防。
为嘉其忠勇，光绪帝御笔赏赐他“福寿”、“荣庆”各一幅。
光绪二十二年正月初六(1896年2月18日)，母亲谢太夫人因年事已高，病逝于福山城内北街府第。王懿荣在京接到讣告，星夜匍匐奔丧。在籍丁忧（守孝）二年。光绪二十四年(1898)二月服阕，他返京向光绪皇帝恭请圣安，蒙谕召见，并奉旨：仍在南书房行走。
王懿荣在内廷当值，光绪皇帝和慈禧太后知他工金石文墨，常让他鉴别书画、恭代御笔。有时慈禧作画，就让他现场观摩题字。光绪二十五年五月二十九日(1899年7月6日)，王懿荣奉上谕：补授国子监祭酒。至此，他三为祭酒。