สมัยพระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว ไทยเผชิญกับการขยายอิทธิพลของมหาอำนาจตะวันตก โดยเฉพาะอังกฤษและฝรั่งเศส พระองค์จึงมีพระราชประสงค์ที่จะฟื้นฟูความสัมพันธ์ทางการทูตกับญี่ปุ่นใหม่ใน พ.ศ. 2422 (ค.ศ. 1879) ภายหลังจากที่ได้ยุติลงในสมัยพระเจ้าปราสาททอง ทั้งนี้เพื่อให้ญี่ปุ่นเข้ามาคานอำนาจของมหาอำนาจทั้งสอง แต่ไม่ประสบความสำเร็จเนื่องจากในขณะนั้นญี่ปุ่นกำลังมุ่งมั่นที่จะดำเนินการเจรจากับประเทศตะวันตก เพื่อขอแก้ไขปัญหาสิทธิสภาพนอกอาณาเขต

การทำสนธิสัญญาระหว่างไทยกับญี่ปุ่นเริ่มขึ้นอย่างจริงจังใน พ.ศ. 2430 (ค.ศ. 1887) เมื่อพระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัวทรงมีพระราชสาส์นถึงสมเด็จพระจักรพรรดิมุทสึฮิโตะ (สมเด็จพระจักรพรรดิเมจิ) เรื่องการทำสนธิสัญญา และโปรดฯ ให้กรมหลวงเทวะวงศ์วโรปการ เสนาบดีกระทรวงการต่างประเทศ เป็นผู้นำในการเจรจาจนนำไปสู่การลงนามในปฏิญญาทางไมตรี และพาณิชย์ระหว่างไทยกับญี่ปุ่น เมื่อวันที่ 27 กันยายน 2430 โดยมีพระยาภาสกรณ์วงษ์เป็นผู้แทนฝ่ายไทยเดินทางไปญี่ปุ่น ปฏิญญาฉบับดังกล่าวถือเป็นการเปิดศักราชความสัมพันธ์ระหว่างไทยกับญี่ปุ่นอย่างเป็นทางการ

ต่อจากนั้นได้มีการลงนามในสนธิสัญญาทางไมตรีพาณิชย์และการเดินเรือระหว่างไทยกับญี่ปุ่นอีกฉบับหนึ่งในวันที่ 24 กุมภาพันธ์ 2440 (ค.ศ. 1897) ตามแบบของสนธิสัญญาเบาว์ริงที่ไทยทำกับอังกฤษใน พ.ศ. 2398 (ค.ศ. 1855) และใน พ.ศ. 2442 (ค.ศ. 1899) ญี่ปุ่นได้แต่งตั้งนายอินากากิ มันจิโร (Inagaki Manjiro) เป็นราชทูตญี่ปุ่นคนแรกประจำกรุงเทพฯ ส่วนไทยก็แต่งตั้งพลตรีพระยาฤทธิรงค์รณเฉท (สุข ชูโต) เป็นราชทูตไทยคนแรกประจำกรุงโตเกียว

ภายหลังจากที่ไทยได้ฟื้นฟูความสัมพันธ์ทางการทูตกับญี่ปุ่น จนนำไปสู่การลงนามในปฏิญญาทางไมตรีและพาณิชย์ รวมทั้งสนธิสัญญาทางไมตรีพาณิชย์และการเดินเรือแล้ว ญี่ปุ่นเริ่มเข้ามามีบทบาทในไทยมากขึ้น โดยเฉพาะในช่วงของการปฏิรูปประเทศสมัยพระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว ไทยได้รับอิทธิทั้งในด้านการปฏิรูปกฎหมาย การศึกษา การเกษตรกรรมและการทหารจากญี่ปุ่น

การปฏิรูปกฎหมาย: การทำสนธิสัญญาเบาว์ริงกับอังกฤษ และชาติตะวันตกอื่นๆ อีก 12 ประเทศ รวมทั้งญี่ปุ่นซึ่งเป็นชาติตะวันออกเพียงชาติเดียว ส่งผลให้ไทยต้องเสียสิทธิสภาพนอกอาณาเขต พระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัวจึงทรงพยายามที่จะแก้ไขปัญหาดังกล่าว โดยทรงเล็งเห็นว่าไทยควรจะมีหน่วยงานและระเบียบการยุติธรรมที่ชัดเจน รวมทั้งควรจะต้องแก้ไขตัวบทกฎหมายให้ทันสมัยตามแบบประเทศตะวันตกดังที่ญี่ปุ่นได้ทำสำเร็จมาแล้ว ดังนั้นใน พ.ศ. 2435 (ค.ศ. 1892) จึงทรงจัดตั้งกระทรวงยุติธรรมขึ้น และทรงเริ่มดำเนินการแก้ไขประมวลกฎหมายของไทยโดยการจ้างชาวต่างชาติมาเป็นที่ปรึกษา ใน พ.ศ. 2438 (ค.ศ. 1895) รัฐบาลไทยได้จ้างนายโทคิชิ มาซาโอะ (Tokichi Masao) เป็นที่ปรึกษากฎหมายของกระทรวงยุติธรรมและเป็นผู้ช่วยนายโรลัง แยคแมงส์ (Rolin Jacquemyns) นักกฎหมายชาวเบลเยียมและที่ปรึกษาราชการแผ่นดิน เพื่อทำการปฏิรูปกฎหมายของไทย

นายมาซาโอะยังได้รับการแต่งตั้งเป็นกรรมการร่างประมวลกฎหมายอาญา ซึ่งมีบทบาททำให้รัฐบาลไทยสามารถประกาศใช้ประมวลกฎหมายลักษณะอาญาได้เป็นผลสำเร็จ ใน พ.ศ. 2451 (ค.ศ. 1908) นายมาซาโอะยังเป็นผู้ริเริ่มที่จะให้ญี่ปุ่นยกเลิกสิทธิสภาพนอกอาณาเขตในไทย ภายหลังจากได้รับราชการในไทยเป็นเวลายาวนานถึง 16 ปี นายมาซาโอะได้รับพระราชทานยศเป็นพระยามหิธรมนูปกรณ์โกศลคุณ แต่เนื่องจากมีปัญหาสุขภาพ จึงลาออกจากราชการและเดินทางกลับญี่ปุ่นใน พ.ศ. 2456 (ค.ศ. 1913) ในรัชสมัยพระบาทสมเด็จพระปกเกล้าเจ้าอยู่หัว ต่อมาใน พ.ศ. 2464 (ค.ศ. 1921) ได้รับแต่งตั้งให้เป็นอัครราชทูตญี่ปุ่นประจำประเทศไทย แต่ทำงานได้เพียง 6 เดือน ก็ถึงแก่กรรมด้วยโรคเส้นเลือดในสมองแตก ขณะที่มีอายุเพียง 52 ปีเท่านั้น

การศึกษา: พระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัวทรงเห็นความสำคัญของการศึกษาที่เป็นพื้นฐานสำคัญของการพัฒนาประเทศ จึงทรงส่งข้าราชการไทยไปดูระบบการศึกษาจากประเทศญี่ปุ่น 2 คณะ คณะแรกมีขุนวรการโกศล (ทับทิม บุณยรัตนพันธ์) เป็นหัวหน้า เดินทางไปญี่ปุ่นใน พ.ศ. 2430 (ค.ศ. 1887) มีจุดมุ่งหมายเพื่อดูระบบการศึกษาตั้งแต่ระดับอนุบาลถึงระดับอุดมศึกษาอย่างละเอียด ส่วนคณะที่สอง มีหลวงไพศาลศิลปศาสตร์ (สนั่น เทพหัสดิน ณ อยุธยา) เป็นหัวหน้า เดินทางไปดูการศึกษาในญี่ปุ่นระหว่างวันที่ 11 มกราคม พ.ศ. 2445 (ค.ศ. 1902) ถึง 14 มกราคม พ.ศ. 2446 (ค.ศ. 1903) โดยผู้แทนไทยคณะที่สองนี้ได้นำเอาแผนการศึกษาแห่งชาติของญี่ปุ่นในขณะนั้นมาปรับปรุงแผนการศึกษาของไทยที่ได้จัดมาตั้งแต่ พ.ศ. 2438 เป็นรูปแบบการศึกษาใหม่ของไทยที่ได้รับอิทธิพลจากระบบการศึกษาของญี่ปุ่น โดยเฉพาะอาชีวศึกษาซึ่งใช้มาจนถึงปัจจุบัน

นอกจากนั้น ชาวญี่ปุ่นยังมีบทบาทในการพัฒนาการศึกษาของไทย ใน พ.ศ. 2447 (ค.ศ. 1904)สมเด็จพระศรีพัชรินทราบรมราชินีนาถทรงจัดตั้งโรงเรียนราชินีขึ้น โดยให้มีการสอนภาษาไทย การทำดอกไม้ประดิษฐ์ การเย็บปักถักร้อย การตัดเสื้อผ้า รวมทั้งได้ทรงเชิญสตรีชาวญี่ปุ่น 3 คนได้แก่ นางสาวทัทสึ ยาซูอิ (Tetsu Yasui) ทำหน้าที่เป็นอาจารย์ใหญ่ และสอนภาษาอังกฤษ คณิตศาสตร์และวิทยาศาสตร์ นางสาวโคโน คิโย (Kono Kiyo) เป็นผู้ช่วยอาจารย์ใหญ่ สอนวิชาวาดภาพและการเย็บปักถักร้อย และนางสาวโตมิ นากาจิมา (Tomi Nakajima) สอนการทำดอกไม้ประดิษฐ์ ซึ่งสตรีญี่ปุ่นทั้งสามคนมีส่วนสำคัญในการวางรากฐานการศึกษาของสตรีไทย

การเกษตรกรรม: ญี่ปุ่นได้ส่งผู้เชี่ยวชาญพร้อมด้วยเครื่องมือเกษตรกรรมที่ทันสมัยมายังไทย เช่น ใน พ.ศ. 2441 (ค.ศ. 1898) ได้ส่งเครื่องไถนาทั้งขนาดใหญ่และเล็ก เพื่อให้ทดลองใช้ที่เมืองธัญญบุรี ส่วนในด้านการเลี้ยงไหมและการทอผ้าไหม รัฐบาลไทยได้จ้างนายคาเมทาโร โตยามะ (Kametaro Toyama) ผู้เชี่ยวชาญชาวญี่ปุ่นมาให้คำแนะนำเกี่ยวกับวิธีการเพาะปลูกต้นหม่อน การเลือกพันธุ์ไหม วิธีทำไหมและวิธีกรอไหมที่ทันสมัย ซึ่งได้มีส่วนส่งเสริมให้การทำไหมของไทยได้รับการปรับปรุงและขยายกิจการอย่างกว้างขวาง จนกระทั่งใน พ.ศ. 2446 ได้มีการจัดตั้งกรมช่างไหม เพื่อทำหน้าที่เผยแพร่ความรู้เกี่ยวกับเรื่องไหม แต่เนื่องจากนายโตยามะจำต้องลาออกจากตำแหน่ง เนื่องจากปัญหาสุขภาพ ภายหลังจากนั้นจึงมีผู้เชี่ยวชาญญี่ปุ่นคนอื่นเข้ามาแทน จนกรมช่างไหมได้ขยายงานออกไปนอกกรุงเทพฯ เช่น จังหวัดบุรีรัมย์และนครราชสีมา แต่เครื่องมือทำไหมแบบใหม่ที่ผู้เชี่ยวชาญญี่ปุ่นนำมาสอนให้แก่ราษฎรไม่ได้นำไปใช้อย่างจริงจัง เพราะราษฎรยังคงใช้วิธีการทำไหมแบบดั้งเดิมของไทย เมื่อเป็นเช่นนี้กิจการไหมจึงไม่ก้าวหน้าตามที่รัฐบาลคาดหมายไว้

การทหาร: พระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัวทรงชื่นชมญี่ปุ่นในฐานะมหาอำนาจชั้นนำในด้านการทหารเรือ ดังนั้น ใน พ.ศ. 2448 (ค.ศ. 1905) รัฐบาลสยามจึงส่งนักเรียนนายเรือรุ่นแรกจำนวน 8 คนไปศึกษาต่อที่โรงเรียนโกโงกูซา ซึ่งทำหน้าที่คล้ายโรงเรียนเตรียมนายเรือ แต่โครงการดังกล่าวต้องยุติลง เนื่องจากปัญหาข้อเรียกร้องหลายประการ อย่างไรก็ตาม ญี่ปุ่นยังคงมีบทบาทสำคัญในการพัฒนาการทหารเรือของไทย เพราะรัฐบาลสยามนิยมซื้ออาวุธและสิ่งต่อเรือหลายลำจากอู่คาวาซากิ (Kawasaki) ของญี่ปุ่น

ส่วนในด้านการทหารบก รัฐบาลได้ส่งนักเรียนไทย 2 คน คือ นายจรูญ บุตรพระยานริศราชกิจ และนักเรียนนายร้อยสิทธิ บุตรพลตรี พระยาสุรเสนาไปศึกษาในโรงเรียนทหารบกญี่ปุ่น และต่อมาเมื่อญี่ปุ่นรบชนะรัสเซียใน พ.ศ. 2448 แล้ว ผู้นำไทยยิ่งทวีความเลื่อมใสในสมรรถนะด้านการทหารของญี่ปุ่นมากขึ้น จึงส่งข้าราชการไปดูการทหารบกในประเทศญี่ปุ่น เพื่อศึกษาลักษณะการเกณฑ์ทหาร วิธีการคัดเลือกคนเป็นทหาร การจัดกองทหารและเครื่องหมายทหาร เพื่อใช้เป็นแบบอย่างในการจัดกองทหารบกของไทยต่อไป ในขณะเดียวกันก็ได้สั่งซื้ออาวุธปืน อะไหล่สำหรับปืน และกระบี่จากญี่ปุ่น โดยติดต่อผ่านบริษัทมิตซุยของญี่ปุ่น

กล่าวโดยสรุปว่า พระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัวทรงชื่นชมความสำเร็จของญี่ปุ่นในการปฏิรูปประเทศในสมัยเมจิ พระองค์จึงทรงปรารถนาที่จะเห็นไทยประสบความสำเร็จในการแก้ไขปัญหาสิทธิสภาพนอกอาณาเขตกับมหาอำนาจตะวันตกได้เช่นเดียวกับญี่ปุ่น พระองค์จึงทรงให้ความสำคัญกับการส่งคนไทยไปศึกษาหาความรู้เพิ่มเติมจากญี่ปุ่น รวมทั้งทรงสนับสนุนให้ผู้เชี่ยวชาญชาวญี่ปุ่นเข้ามาเป็นที่ปรึกษาและให้ความรู้กับข้าราชการและราษฎรของไทย ทั้งในด้านกฎหมาย การศึกษา การเกษตรกรรมและการทหาร ฯลฯ ด้วยเหตุนี้จึงส่งผลให้ความสัมพันธ์ระหว่างไทยกับญี่ปุ่นในสมัยของพระองค์จึงแน่นแฟ้นมากขึ้น