1914年，日本《朝日新闻》登出过日本即将向中国提出的“中日新议定书”6条，内称“因第三国侵害支那共和国之安宁、或于领土保全上有危险之时，日本帝国政府可采取临机必要之处置”、“支那共和国不得妨碍日本帝国政府之上述行动，而予以便利”、“日本帝国为达前项之目的，得临时收用在军事上必要之地点”、“非经两国政府承认，不得与第三国签定违背本协约之条约”等条款，其内容类似于日韩合并前日本与韩国签订的议定书的翻版。

同年，第一次世界大战爆发，袁世凯政府要求德国把侵占的山东半岛权益交还中国，遭拒。当时美国注意力已转移至欧洲，而英国则希望日本能成为在其远东的盟友，日本于是在8月23日对德宣战，出兵占领了德国在中国的势力范围——山东半岛。1914年11月18日，中国政府向日本政府提出了日本军从中国撤军的要求。1915年1月7日，中国政府再次向日本政府提出撤军要求。

1915年1月18日，日本驻中国公使日置益从日本返回中国，绕过外交部长陆征祥，以“回任所拜见大总统”为由，请求与袁世凯直接密谈。在密谈中，日置益向袁世凯直接提出了二十一条要求，并要求中国对此绝对保密。1915年1月至4月期间，袁世凯一面命北洋政府外交部同日本谈判，一方面暗中逐步将条约的部分内容向报界泄露，希望获得英美两国支持抗衡日本。当美、英、法三国驻日大使向日本政府提出质询时，日本外务省既不便公然抵赖，又不敢全部公开，于是只承认了第一、二号的11条。2月9日，日本外相加藤高明又向美国驻日大使格思类承认了第三、四号的存在，却对性质最恶劣的第五号七条加以隐瞒。在美方越来越严厉的追问下，加藤高明才于同月21日向格思类承认了第五号的存在，但辩称这只是日本的“希望”而非要求。

2月2日，中日代表在外交部迎宾馆开始极端秘密的会谈，中方代表是外交部长陆征祥和次长曹汝霖。中国的谈判代表多次拒绝《二十一条》中的部分内容，并向社会各界透漏日本之无理要求，以期国际社会此案，并唤起国内舆论讨伐日本，迫使日本让步。国内民众反对《二十一条》的呼声日渐高涨，日本则以武力威胁中国。4月10日中日第二十一次会议，中国拒绝第五号要求。4月17日，中日第二十四次会议，中国不允将东蒙与南满并论，会议停顿。4月26日，日本代表提出最后修正案，做出一些小让步。5月1日中国方面提出修正案，仍坚持自己的立场，于是日本政府删削了对中国最为不利的第五号要求。5月6日，袁世凯在《大总统袁世凯致各省电》中称：“中国沿海港湾、岛屿不可让与或租于他国、聘用日本顾问、中日合办警察、军械等为‘其制我死命最要之点’。在我国不宜因此决裂，蹂躏全局。但应尽心竭力，能挽救一分，即收回一分之权利。”

日本政府终于恼羞成怒于5月7日向袁世凯政府发出最后通牒，限5月9日下午6点前答复，否则将执行必要之手段。此时的日本摆出大战一场的姿态，军舰在渤海一带游弋，山东、奉天兵力增加，关东戒严，日侨纷纷回国。5月8日袁世凯召集政府要员开会，袁世凯认为日本已收回对中国最为不利的第五号各条款，其他条款已非亡国条件，他在中南海春藕斋召开特别会议，英国驻华公使朱尔典也在这天中午前往外交部找陆征祥谈话。他说：“中国已经面临生死存亡的严重关头。我到中国40年，和大总统有30年的交情，今天不能不赶过来说几句真挚的话。最后通牒只能回答是或否，没有讨价还价的余地。此时欧洲各国无暇东顾，中国政府除接受日本条件外，别无自全之道。”美国驻华公使芮恩施也劝告袁政府“应避免与日本发生正面冲突”。5月8日下午，袁世凯召集各部部长，宣布接受“二十一条”的部分要求。

5月9日23时，北洋政府没有等到预期的外援，以“国力未充，难以兵戎相见”为由，对外宣布接受二十一条中一至四号的部分要求。5月25日，在北京签署《关于山东省之条约》、《关于南满洲及东部内蒙古之条约》及13件换文，总称《中日民四条约》，与《二十一条》原案比较，中国损失相较于原案已尽可能减小到最低程度。

消息传出，举国震怒。签约当天，湖南学生彭超留下血书，愤然投江自杀。北京二十万人到中央公园（今北京中山公园）集会，捐款一百万元“救国基金”。当时十七岁就读天津南开学校的周恩来上街演讲，号召人们振兴经济、誓雪国耻。袁世凯下令全国教育会联合会要求全国各级学校以每年5月9日为国耻纪念日，依此警励国人毋忘此日，誓雪国耻，称为“五九国耻”。胡适称《二十一条》的谈判是弱国外交的胜利。日本方面在此次交涉未全面达成既定目标，外相加藤高明下野以示负责。

日本取代德国在山东之特权。中国虽然参加第一次世界大战并为战胜国，在巴黎和会中提出废除外国在华势力范围、撤退外国在华驻军等7项希望取消日本强加的“二十一条”及换文陈述书，但列强纷纷拒绝，并同意将德国在中国山东权益转让给日本，此事成为五四运动之导火线。此后《民四条约》内容不断被改写，直至1945年日本在第二次世界大战中失败后彻底废除。

袁世凯在《二十一条》交涉前后日益向欧美列强靠拢以制衡日本，日本决定取代袁世凯政权。1916年1月19日，大隈重信内阁通过了“要注视南方动乱的发展”的决议。2月21日，大陆政策的急先锋田中义一向冈市之助建议：“现在，采取让袁彻底退出之手段，同时采取扶植我政治势力之手段为有利”，其眼中的“我政治势力”，既包括宗社党这种复辟组织，也包括孙文领导的革命党。3月7日，大隈重信内阁决定“袁氏掌握支那之权力，不能不成为帝国完成上述（指日本在华权益）之障碍。为完成帝国的上述方针，要袁氏退出支那权力圈是适宜的”。