ระยะที่สอง พ.ศ. ๒๔๓๐-๒๔๕๓ ทรงเริ่มงานปฏิรูปโครงสร้างการปกครองทั้งส่วนกลาง ส่วนภูมิภาคและส่วนท้องถิ่น หลังจากที่ความตึงเครียดทางการเมืองภายในผ่อนคลายลงแล้ว อีกทั้งทรงมีความพร้อมที่จะดำเนินงานตามเป้าหมายได้แล้วคือทรงมี บุคลากรที่ได้รับการศึกษาจากต่างประเทศมาช่วยงานและตัวเร่งที่ทำให้ต้องทรงปฏิรูปอย่างจริงจัง คือสถานการณ์ภายนอกประเทศอันเนื่องจากการคุกคามของฝรั่งเศสต่อไทยรุนแรงยิ่งขึ้น จึงต้องรีบปฏิรูปบ้านเมืองเพื่อความปลอดภัยของไทยเอง ดังนั้นเมื่อพระเจ้าน้องยาเธอกรมหมื่นเทววงศ์วโรปการ ซึ่งทรงส่งไปดูงานการปกครองในสหรัฐอเมริกา ยุโรปและญี่ปุ่นเสด็จกลับมา การปฏิรูปจึงเริ่มขึ้นอย่างจริงจัง ดังนี้
การเปลี่ยนแปลงการปกครองส่วนกลาง
เป็นการเปลี่ยนแปลงการปกครองแผ่นดินตามพระบรมราชาธิบายแก้ไขการปกครองแผ่นดิน พ.ศ. ๒๔๓๐ ซึ่งได้แบ่งส่วนราชการเสียใหม่ โดยแบ่งออกเป็น ๑๒ ส่วน หรือ ๑๒ กรม ดังนี้
ต่อมายุบเหลือ ๑๐ กรม และในวันที่ ๑ เมษายน ๒๔๓๕ ได้ยกฐานะกรมทั้ง ๑๐ เป็นกระทรวง เจ้ากระทรวงเป็นเสนาบดี เสมอกันหมดและได้รับเงินเดือนประจำจากรัฐบาล คือ
ในปีเดียวกันได้ทรงตั้งองคมนตรีสภา (Privy Council) ทำหน้าที่คล้ายกับสภาที่ปรึกษาส่วนพระองค์แต่เดิม ต่อมา พ.ศ. ๒๔๓๗ ได้จัดตั้งรัฐมนตรีสภา (Legislative Council) สำหรับทำหน้าที่ออกกฏหมายโดยเฉพาะ สมาชิกประกอบด้วยเสนาบดีทุกกระทรวง หรือผู้แทนเสนาบดีและผู้ที่ทรงโปรดเกล้าฯ แต่งตั้งอีกจำนวนหนึ่ง ต่อมาตอนปลายรัชกาลมีการโอนงานตรากฏหมายไปขึ้นกับเสนาบดีสภา งานรัฐมนตรีสภาจึงชะงักไป ผลการปฏิรูปการปกครองในส่วนกลางคือ การปกครองแบบจตุสดมภ์ที่ใช้มาตั้งแต่สมัยกรุงศรีอยุธยาได้สิ้นสุดลง มีการแบ่งการรับผิดชอบแต่ละกระทรวง ไม่ซ้ำซ้อนกันอีกต่อไป อีกทั้งยังก่อให้เกิดผลดีต่อสถาบันกษัตริย์โดยตรงคือพระมหากษัตริย์มีอำนาจสมบูรณ์ในการบริหารราชการแผ่นดิน
การเปลี่ยนแปลงการปกครองส่วนภูมิภาค
หลังจากทรงจัดระเบียบการปกครองส่วนกลางและกำหนดให้กระทรวงมหาดไทยมีหน้าที่ควบคุมหัวเมืองทั่วพระราชอาณาเขตเพียงกระทรวงเดียวแล้ว เพื่อเป็นการสอดส่องดูแลหัวเมืองต่าง ๆ อย่างใกล้ชิด การปฏิรูปการปกครองส่วนภูมิภาคจึงเริ่มเมื่อ พ.ศ. ๒๔๓๗ โดยรวมเมืองตั้งแต่สามเมืองขึ้นไปเป็นกลุ่มเมืองเรียกว่า มณฑลเทศาภิบาล เขตมณฑลใช้ลำน้ำเป็นหลัก
ลักษณะการปกครองแบบเทศาภิบาล คือ การปกครองที่จัดให้มีหน่วยบริหารราชการประกอบด้วยข้าราชการต่างพระเนตรพระกรรณ แบ่งเบาภาระรัฐบาลกลาง เพื่อให้ราษฎรได้รับความร่มเย็นเป็นสุขและเจริญทั่วถึงกัน โดยมีระเบียบแบบแผนอันเป็นคุณประโยชน์แก่พระราชอาณาจักรนำมาซึ่งความเป็นระเบียบเรียบร้อย รวดเร็ว และโดยเฉพาะอย่างยิ่ง ระงับทุกข์ บำรุงสุขด้วยความเที่ยงธรรมแก่ประชาชน มีระบบการบังคับบัญชาเรียกว่าการเทศาภิบาล มีข้าราชการจากส่วนกลางไปปกครองแต่ละมณฑล เรียกว่ากองข้าหลวงเทศาภิบาล ประกอบด้วย
การจัดตั้งมณฑลเทศาภิบาล ความจริงเริ่มมาแล้วก่อน พ.ศ. ๒๔๓๗ เริ่มจากหัวเมืองชายแดนก่อน เพราะฝรั่งเศสกำลังคุกคามหนัก ดังนั้นจุดมุ่งหมายในตอนแรกจึงเป็นการป้องกันพระราชอาณาจักรให้พ้นจากการคุกคามภายนอกและยังมีจุดมุ่งหมายเพื่อให้การปกครองบังคับบัญชาดำเนินไปโดยถูกต้องตามกฏหมาย อำนวยความสุข สวัสดิภาพให้ราษฎรได้รับความร่มเย็น มณฑลในตอนแรกมี ๖ มณฑล คือ
๑. มณฑลลาวเฉียงหรือมณฑลพายัพ มี ๖ เมืองคือ เชียงใหม่ ลำปาง ลำพูน น่าน แพร่ และเถิน (ภายหลังยุบเป็นอำเภอเถิน ขึ้นกับนครลำปาง เมื่อ พ.ศ. ๒๔๔๘) มีเจ้าพระยาพลเทพ (พุ่ม ศรีไชยยันต์) เป็นข้าหลวงใหญ่ บัญชาการอยู่ที่เมืองเชียงใหม่
ต่อมา พ.ศ. ๒๔๓๗ ได้จัดตั้งขึ้นอีก ๔ มณฑล คือ
พ.ศ. ๒๔๓๘ โปรดเกล้าให้ตั้งขึ้นใหม่อีก ๓ มณฑล และแก้ไขมณฑลที่มีอยู่แล้วให้เป็นแบบเทศาภิบาลอีก ๑ มณฑล รวมเป็น ๔ มณฑล คือ
พ.ศ. ๒๔๓๙ ได้ตั้งมณฑลขึ้นใหม่อีก ๒ มณฑล และจัดระเบียบมณฑลที่มีแต่เดิมให้เป็นมณฑลเทศาภิบาลอีก ๑ มณฑล ดังนี้
พ.ศ. ๒๔๔๐ ตั้งมณฑลไทรบุรี มีพระยาฤทธิสงครามภักดี (อับดุล ฮามิด) เป็นข้าหลวงใหญ่ บัญชาการอยู่ที่เมืองไทรบุรี เป็นหัวเมืองไทยมลายูฝ่ายตะวันตกและ เป็นเมืองประเทศราช มี ๓ เมือง คือ ไทรบุรี ปลิส และสตูล
พ.ศ. ๒๔๔๒ ตั้งมณฑลเพชรบูรณ์ มีพระยาเพชรรัตน์ราชสงคราม (เฟื่อง เฟื่องเพชร) เป็นข้าหลวงใหญ่ บัญชาการอยู่ที่เมืองเพชรบูรณ์ มี ๒ เมือง คือ เพชรบูรณ์ และ หล่มสัก
การจัดตั้งมณฑลเทศาภิบาล จัดตั้งและปรับปรุงเรื่อยมาจน พ.ศ. ๒๔๔๙ จึงจัดได้เรียบร้อย มีทั้งหมด ๑๘ มณฑล มณฑลที่ตั้งสุดท้ายคือ มณฑลจันทบุรีเพราะฝรั่งเศสยึดครองอยู่ เมื่อเป็นอิสระจึงได้จัดตั้งขึ้นใน พ.ศ. ๒๔๔๙ มณฑลเทศาภิบาลมีทั้งหมด ดังนี้
การจัดตั้งมณฑลเทศาภิบาล ประสบปัญหาบางประการ เช่น ปัญหาด้านการเงินที่จะมาใช้จ่ายเป็นค่าเงินเดือน การก่อสร้างสถานที่ทำการของราชการและบ้านพักข้าราชการ รัฐบาลแก้ปัญหาโดยการปรับปรุงวิธีการเก็บภาษีอากรเพื่อให้ได้ผลเต็มเม็ดเต็มหน่วยตามหัวเมืองต่างๆ โดยมีพนักงานไปจัดเก็บภายใต่การควบคุมของข้าหลวงเทศาภิบาล นอกจากนั้นยังมี ปัญหาเรื่องบุคลากรที่มีความรู้ ความสามารถในการปกครองและการฝึกหัดคนมารับงานดังกล่าว และ ปัญหาที่ต้องระมัดระวัง คือ การเปลี่ยนแปลงทั้งหลายทั้งปวงอาจกระทบกระเทือนเจ้าเมืองเก่าที่เคยมีผลประโยชน์ มีอำนาจ อาจไม่พอใจ โดยเฉพาะหัวเมืองชายแดนที่ติดกับเมืองขึ้นของอังกฤษและฝรั่งเศส เป็นจุดที่เปราะบางมาก ต้องใช้วิธีค่อยเป็นค่อยไป เพื่อมิให้เจ้าเมืองต่อต้าน จนมหาอำนาจฉวยโอกาสเข้าแทรกแซงได้ ปัญหาต่าง ๆ นี้ รัฐบาลพยายามแก้ไขจนสำเร็จลุล่วงด้วยดี ตามพระราชดำริของพระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว และแม้บางครั้งอาจต้องใช้วิธีการรุนแรงบ้างก็ตาม ซึ่งจะได้กล่าวในตอนท้าย
ผลการเปลี่ยนแปลงเป็นมณฑลเทศาภิบาลทำให้ยกเลิกเมืองประเทศราช ทุกเมืองมีศักดิ์เท่าเทียมกัน เลิกระบบกินเมือง เกิดรัฐประชาชาติเป็นครั้งแรก ยกเลิกการแบ่งฐานะหัวเมืองออกเป็น ชั้นเอก โท ตรี จัตวา ขจัดความรู้สึกเหลื่อมล้ำต่ำสูงให้หมดไป
ผลจากรัฐประชาชาติคือ ราชอาณาจักรไทยแบบโบราณที่รวมกัน อย่างหลวม ๆ ประกอบด้วยคนต่างเผ่าพันธุ์ ต่างวัฒนธรรมและภาษาก็ได้รวมกันเป็นรัฐชาติไทยได้ โดยเมืองต่าง ๆ ได้กลายเป็นจังหวัดหนึ่งของไทย การบริหารก็มีลักษณะรวมศูนย์ โดยมีกระทรวงมหาดไทยที่รับผิดชอบการบริหารส่วนภูมิภาคและส่วนท้องถิ่น โดยสมเด็จกรมพระยาดำรงราชานุภาพ เสนาบดีมหาดไทยขณะนั้น มีส่วนสำคัญยิ่ง และได้อาศัยส่วนเสริมที่สำคัญจากกระทรวงอื่น ๆ เช่น กระทรวงการคลังที่เก็บภาษีหารายได้เข้ารัฐ กระทรวงกลาโหมในแง่การจัดการกองกำลังทหารให้ทันสมัยและเป็นปึกแผ่น
การปฏิรูปการปกครองสมัยพระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัวจึงนำความเปลี่ยนแปลงที่ก้าวหน้ามาสู่ประเทศไทย