光绪二十一年三月二十三日（公元1895年4月17日），李鸿章代表清廷与日本签订了《马关条约》。这一消息传来，光绪帝悲痛欲绝，他坚决不同意签约，但在慈禧太后及其他后党派的压力下，最终流着眼泪在条约上盖上了印。《马关条约》的签订，让中国的民族危机愈发深重，也让光绪帝深刻认识到清朝的落后和腐朽。他迫切渴望通过变革来实现国家的富强，拯救这个濒临崩溃的王朝。
甲午战争的失败以及《马关条约》的签订，让光绪帝意识到朝中大臣不可信任，他决心改变现状。1895年，康有为考中进士，光绪帝授予其工部主事职务。此前，康有为曾联合众多举子上书要求拒和、迁都、变法，史称“公车上书”。之后，他又多次上书光绪帝，提出变法的步骤和措施。光绪帝对康有为的变法主张十分赞赏，两人的思想逐渐契合。
光绪二十四年正月（公元1898年2月），康有为再次上书，光绪帝决定召见他。然而，由于顽固派的阻挠，光绪帝未能直接召见康有为，但他还是在总理衙门召见了康有为。在这次会面中，康有为详细阐述了自己的变法思想和计划，光绪帝深受启发，坚定了维新变法的决心。公元1898年6月11日，光绪帝颁布“定国是诏”，正式开始了百日维新。
在变法期间，光绪帝几乎天天发布新的诏令，在各个领域进行改革。在文教方面，设立京师大学堂，废除八股文，鼓励兴办西学；经济上，鼓励商业，支持民间办企业；军事上，设立新军，学习西方先进军事训练和购置先进武器。这些改革措施触动了以慈禧太后为首的顽固派的利益，他们对变法进行了强烈的抵制。
慈禧太后暗中操纵，公元1898年9月21日，回宫并宣布重新训政。她以光绪帝的名义下令缉捕康有为等维新派人士，戊戌政变发生。康有为提前得到消息，逃离了北京。而谭嗣同、杨锐、林旭、刘光第、康广仁、杨深秀“六君子”则被捕入狱，并于八月十三日（公元1898年9月28日）被杀于北京菜市口。光绪帝被囚禁于中南海瀛台涵元殿，失去了自由，他的变法梦想也仅仅持续了百日便宣告失败。
维新运动结束后，光绪帝虽然摆脱了被废黜的命运，但他的政治生命已经彻底结束。他每天仍需陪慈禧太后临朝理政，但不过是摆个样子而已。在瀛台的日子里，光绪帝的生活十分清苦。他只能通过读书、写字、记日记、学英语、研究医学以及敲打锣鼓来发泄心中的郁闷。然而，尽管身处困境，他的内心仍怀有图强之志，对国家的未来充满了担忧。
光绪二十六年（公元1900年），八国联军入侵，北京沦陷。慈禧太后携光绪帝仓皇逃往西安。在逃亡途中，光绪帝遭遇了人生中又一个巨大的打击——他的宠妃珍妃因力主皇帝应留京抗战，被慈禧太后推入井中溺死。光绪帝只能眼睁睁地看着心爱的妃子离去，他下跪恳求，却无力阻止这一切的发生。这一事件让光绪帝的内心充满了痛苦和无奈，他对慈禧太后的怨恨也愈发加深。
公元1908年11月14日，光绪帝在瀛台涵元殿去世，年仅38岁。2008年，国家清史纂修工程重大学术研究专项课题组利用现代科学技术，在光绪帝遗体的头发、遗骨和衣服中检测到大量砒霜，证实其是被毒死的。光绪帝的一生充满了无奈与悲剧，他虽有变革之心，却始终未能真正掌握实权。在慈禧太后等顽固势力的阻挠下，他的理想和抱负无法实现，只能在历史的洪流中留下一个令人叹息的身影。他的离去，也标志着一个时代的结束，大清王朝在风雨飘摇中逐渐走向了灭亡的深渊。
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