为防止意外，张学良始还补充部署了若干应变措施。他要求，凡是蒋介石与南京或与西安方面的通话，必须经过张学良官邸的总机接线，注意蒋介石与各方面通话的内容，一旦发现蒋有所觉察，或有特务或其他方面向蒋介石密告之情形，随时准备以两个加强连立即驰往临潼扣蒋。如果西安方面派兵来不及，即命令驻临潼境内的刘多荃部火速执行扣蒋任务。同时，派人调查国民党中央系统驻西安的部队、办事处、留守处的人员和武器装备情况，以便采取相应的对策。
至此，华清池扣蒋行动实施准备已经就绪，并于11日夜全部到位。
再说17路军。
此时，西安城内共有南京方面的军事机构120个，其中，有武装的42个，主要是：以杨镇亚为团长的宪兵2团，约1000余人；市公安局长马志超率领的公安部队，约2000余人；省公安处处长张坤生指挥的保安部队，约1000余人；公秉藩领导的交警部队，约1000余人；还有“中央军”驻陕各部的留守处和特务机关的零星武装，共计7000余人。
17路军的主力部队多在外县和“剿共”前线，驻在西安城内的只有以孔从洲为旅长的陕西警备2旅和绥署特务营、教导营、炮兵营、卫士队等少部分部队，而能够可靠掌握的官兵只有3000人。
针对兵力对比的实际情况，杨虎城指令陕西警备第2旅旅长孔从洲马上搞清西安城大街小巷有多少交叉路口，以便配置兵力，同时令孔在城内连续组织夜间军事演习，“按照中央体系军、警、宪、特驻地配置，他们1个营，你就放1个营；他们1个团，你就放1个团。分区演习，占领位置。”
连续两天的演习，基本摸清了西安城内蒋系武装的兵力、驻地及周围地形情况，相关部队也陆续进入了指定位置待命。
12月11日晚，杨虎城召集17师51旅旅长赵寿山、警备2旅旅长孔从洲、38军军长孙蔚如、绥署参谋长李兴中开会，正式部署17路军在西安城内的军事行动。确定：杨虎城与孙蔚如在绥署掌握全局，军事方面由赵寿山、李兴中负责，并委任赵寿山为总指挥。
杨虎城首先讲话：“蒋介石不顾民族危亡，一意孤行，坚持内战，竭力挑拨我们和东北军的关系。这次蒋介石召开军事会议，决定大举‘剿共’，实际上也要消灭我们和东北军。我和张先生（学良）决定硬干，要干就彻底干下去，把蒋介石扣起来。我们分工负责城关的军事行动，包括西安车站、西郊飞机场，解除中央系统军、警、宪、特的武装，扣留西京招待所以及散住各处的中央军政要员等。临潼方面，由东北军负责执行。”
杨虎城接着宣布：一、17路军在陕北以及外县各部队，由孙蔚如拟定布防以及向西安附近集结计划；二、西安方面由赵寿山负责指挥警备第2旅、教导营、炮兵营、特务营执行任务；三、必须掌握足够的机动兵力，特别要注意防止中央系统特务武装的干扰捣乱，破坏秩序；四、必须于12日凌晨3时部署完毕，6时开始行动，8时解决战斗，10时恢复秩序。
杨虎城讲完之后，此次行动的总指挥赵寿山作出如下军事部署：
“命陕西警备2旅孔从洲担任解除宪兵团、保安司令部、警察大队、省政府常驻的宪兵连和西关飞机场驻军的武装，并占领飞机场（当时蒋系在西安机场停有数十架战斗机和轰炸机）的任务，并以一部担任西安各街、巷口（东南一隅归东北军）的警戒。蒋方每一街巷口有一武装警察，我们即派武装士兵监视。为加强警备2旅的领导力量，增派许权中为副旅长。”
“命炮兵营归孔从洲指挥，炮兵位置在北城门楼上，对西安车站警戒，准备轰击外来的蒋军。”
“命西安绥署卫士队（2个队共200人）担任绥署及杨将军公馆的警戒。”
“命特务营营长宋文梅率特务营及卫队各一部分士兵负责逮捕住在西京招待所的蒋系军政高级官员，特务营其余部队作为预备队待命。”
“派绥署参谋处处长王根僧去教导营监视李振西，该营归我（赵寿山）直接指挥，担任警戒新城城防及解除新城东北几个警察大队的武装。”
在两军完成行动部署的同时，蒋介石也已着手做离开西安的准备。11日晚，他在临潼举行告别宴会，召集中央军将领和张、杨商议军事计划。在这个宴会上，张学良得知蒋介石要于第二天返回南京。真是巧啊，当12月8日张学良定下兵谏的决心时，蒋介石几乎同时作出了撤销张学良职务及调东北军去福建的决定；而今张、杨已决定在12日早晨6点实施扣蒋行动，而他却在张、杨作出决定的同一天宣布对红军总攻命令后决定翌日即离开西安，但令他料想不到的是，他的计划只是迟了几个小时，却注定无法实施而他也很难脱身了。
在这次晚宴上，蒋介石还发表了另一则消息，公布蒋鼎文、卫立煌、陈诚等人的新任职务。这就是说他已要解除张学良的兵权，众人对此用意早已心知肚明，张学良此前也早已经知道，但为麻痹蒋仍然装出十分生气的样子，对蒋说：“刚才委员长发表的三位总司令，他们的资历和身份都和学良不相上下，他们的防区又在现在三省‘剿匪’总部的防区，紧紧接壤，在这小小的三省之间，竟有了4位总司令，将来作战的时候，如何配合，由谁指挥谁呢？”蒋介石听了当即大怒，当众训斥道：“屡次训示，你是军人，只要服从命令，不要再问什么？怎么？你又提出问题来了？”（10）张学良虽然受到了蒋的再次指责，但却充分发挥了麻痹蒋介石的作用。
蒋介石的晚宴到7点钟就结束了。之后，张学良又拉着这些军政大员到新城大楼，与杨虎城一起继续宴请款待，一直10点才席终人散。
送走了军政大员，张、杨留下来商定实行扣蒋的最后决定行动计划，并定于12日早晨6点两军同时行动。
决定之后，杨虎城郑重地表示：“坚决拥护并服从张副司令指挥。”张学良则说：“成功了大家共享，失败了我个人承担。”他又说：“我总指挥，你副总指挥，指挥部就设在新城”。之后，两人分头向所部传达，作最后的战前动员。
这时，蒋介石和国民党军政大员已经入睡，而张、杨及其两军的行动则刚刚开始。
张学良回到金家巷公馆之后，立即向已经等候在此的文武亲信正式宣布实施“兵谏”行动。参加这次会议的高级将领有：于学忠、王以哲、缪激流、刘多荃以及高级参议员鲍文樾等；文职官员有：“西北剿总”秘书长吴家象、办公厅主任洪舫、第4处处长卢广绩、西北政训处副处长黎天才以及抗日同志会书记应德田等。
张学良情绪激动地说道：“我们东北军有着数十万人马，本来是有足够力量同日寇一决雌雄的。可是我们丢弃了东北，丢弃了东北父老，从东北到华北，从华北到华中，又从华中来到西北，辗转奔波，流离失所，究竟落了个什么结果？我们不仅亡省亡家，遭受损失，而且背上了不抵抗的罪名，为全国人民所不能谅解。究竟是谁不抗日呢？到现在，罪名却由咱们背上了。我屡次请求委员长停止内战，一致抗日，共产党的问题应该用政治方法解决，‘先安内而后攘外’是给日本造机会等，反倒多次挨他的训骂。最近我在洛阳痛切陈词，请求准许东北军去察绥支援打日本，他骂我是反革命。说什么他说是革命，违反他的意志，就是叛国反革命。骂共产党不要父母，说我也不要父母；骂共产党不要祖国，说我也不要祖国。在临潼拍桌子骂我，说：‘等我死后你再去抗日’。逼得我连话也不能说。现在死逼着东北军继续去打内战‘剿共’，不听他的命令，就调咱们到福建去。实在逼得咱们没办法了。我现在已与杨主任商量决定把他扣起来，逼他停止内战，一致抗日。”
接着，张学良起身宣布两项重要决定：
一、任命董英斌为总部代理参谋长。二、此次行动的具体部署是：以直属105师师长刘多荃为临潼行动的总指挥；以105师2旅旅长唐尧君指挥原担任华清池外围警戒的一个团，包围华清池四周，不使一个漏网；以骑兵6师师长白凤翔、该师18团团长刘桂武和卫队营营长孙铭九率卫队营冲入华清池，活捉蒋介石；同时电令驻兰州和洛阳的东北军部队也一齐动手。
张学良讲完后，询问大家有无意见。会场沉寂了片刻，于学忠问道：“第二步怎么办？”张回答说：“先扣了再说，只要他答应我们抗日，还拥护他做领袖。”
于是，大家表示：“既然张副司令已经决定了，我们都愿意服从命令。”
这时，执行扣蒋任务的卫队营长孙铭九应召而来。张学良当面向他布置：这次扣蒋任务，白师长、刘团长和你3人共同完成。你要听白师长的话，服从他的指挥，要谨慎小心。张学良郑重地嘱咐他：“千万不可把委员长打死了，万不得已时，只能把他的腿打伤，不要叫他逃跑了。”（11）散会时已过午夜，张学良立即派人请来刘鼎，极为郑重地向刘交待，请其：立即发电报给中共中央，说明他已决定实行军事行动逮捕蒋介石，请中共方面配合行动。刘鼎旋于凌晨2点发出了这份紧急电报，这成为中共中央得到的最早的关于西安事变的一份电报。
杨虎城回到他的公馆后，也进一步检查了兵力布防。这时，他所考虑的，不仅是17路军所担负的城内战斗的任务，而是整个军事行动的全盘。因为，这次行动的胜败都与张学良联结在一起了。那么，就不能不考虑：如果蒋介石跑了，孙铭九扑了个空怎么办？万一蒋介石被打死了又该怎么办？扣起来个活的蒋介石，必然得放一个活的蒋介石，既扣又放，又该怎么办？他有义务协助张学良把问题考虑得全面一些，才能使胜机更大一些。
杨虎城认为，停止内战，除了扣蒋以外，没有别的办法。但是，扣蒋容易放蒋难啊！把他握在手里，会危机四伏；把他放了，后果更是无法设想；而如果把蒋打死了，或者让蒋跑了，意味着马上就爆发战争。看来，必须做好应对战争的准备。
他马上命令参谋长李兴中拟定了三套预备作战方案：一是同东北军、红军联合作战的方案；二是同东北军联合作战的方案；三是单独作战的方案。三套方案，都是要在咸阳、渭南阻击进犯之敌，以坚守西安为目的，主力放在东路，以确保右翼安全。为此，杨虎城命令冯钦哉率精锐部队迅速由大荔经三河口袭占潼关，令陕北前线西路一带的第17师、警备2旅及总指挥部直属部队，不分星夜，轻装前进，分别集结于渭南、西安地区，策应潼关方面的防御作战；命令警3旅以隐蔽行动，巩固后方。此外，成立戒严指挥部，以孙蔚如为戒严司令，赵寿山兼公安局长。
当17路军方面各项准备就绪的时候，已经是次日凌晨了。此时，张学良一行10余人也已赶到，他们将与杨虎城及其亲信幕僚一起在杨公馆坐镇指挥这一重大行动，直至活捉到蒋介石。
清晨6时，扣蒋战斗打响。8时蒋氏在山洞中被擒。城内仅用两个小时即结束兵谏行动。蒋介石撤张、调防东北军的命令终成一纸空文1936年12月12日凌晨。此时，在华清池的蒋介石及其亲信侍卫们还在沉睡之中。朦咙的天色下，可以依稀看到华清池内外两院的轮廓，走进高大的月洞门，就是外院。在这里部署了中央宪兵第2团的40多名宪兵，还有张学良卫队1营的官兵负责外围警戒。而二道门虽然与头道门相比，要小出许多，但刻在上方的“华清胜境”四个大字，却显出了高贵和典雅。进得里面，即谓内院，内院的迎面就是一个大鱼池，池上有一座小桥，是谓飞虹桥。穿越飞虹桥，有路直达“五间厅”，蒋介石就住在这里的第三号房子里。与蒋介石住在一起的，有侍从室主任钱大钧，侍从室组长蒋孝先，以及他的10多个秘书、参谋办事人员。为蒋介石警卫的30多个亲信侍卫也住在这个院里。
这里的兵力虽然不多，但战斗力却不弱。而翻过蒋介石住的五间厅后面的围墙，出去即是骊山，如果蒋介石从这里逃出，会加大扣蒋的难度。所以，扣蒋行动既要设法在院内解决问题，也要周密设置外围，确保蒋介石无法逃脱。
张学良看到了外线部队的重要性。午夜过后，他即令刘多荃督促外线部队开始行动，至凌晨3时许，负责外线的两个团共5000人已经进入阵地，完成对华清池的合围。
接着，内线行动的命令也于凌晨1时许发出。驻守在华清池蒋介石处担负外围警戒任务的卫队1营营长王玉瓒和张学良卫队队长谭海，在第一时间内接到张学良的命令。于是，谭海立即驾驶摩托车先到十里铺，向在此待命的骑兵连连长邵某传达了张学良的命令，并分工该连包围华清池外围地带，抓住一切企图外逃的人员。随后又赶到灞桥镇，命令这里的东北军驻军参加扣蒋行动。
