谈判开始前，蒋介石提出了两个条件：一是自己不出面，由宋子文、宋美龄代表他进行淡判；二是商定的条件，他以“领袖的人格”作保证，不作任何书面签字，回南京后逐条执行。精明的蒋介石此时以所谓“领袖的人格”为借口，为自己留了很大的回旋余地：一旦二宋与周恩来达成的条件不合己意，可以不予执行，如被指责，因没有自己的签字，责任自然就不会落到头上，这叫进可以攻；如果达成的条件在自己的容忍范围内，就可以逐条执行，显示国民党政府对共产党、东北军、西北军的宽宏大度，这叫退可以守。为准备与蒋介石谈判，21日，中共中央书记处致电周恩来，提出达成和平协定、释放蒋介石的条件：
“争取蒋介石、陈诚等与之开诚谈判，在下列基础上成立和平：第一，南京中央政府增加几位抗日运动之领袖人物，排除亲日派，实行初步改组。第二，取消何应钦等之权力，停止讨伐，讨伐军退出陕甘，承认西安之抗日军。第三，保障民主权利。第四，停止‘剿共’政策，并与红军联合抗日。第五，与同情中国抗日运动之国家建立合作关系。第六，在上述条件有相当保证时，恢复蒋介石之自由，并在上述条件下赞助中国统一、一致抗日。”根据中共中央指示，并结合张、杨提出的八项政治主张，周恩来与张学良、杨虎城一起商定了与蒋介石及南京方面谈判的有关问题。
23日，以周恩来、张学良、杨虎城为一方，以宋子文为另一方，双方进行了首轮谈判。周恩来提出了中共和红军的六项主张：
一、停战，撤兵至潼关外。
二、改组南京政府，排逐亲日派，加入抗日分子。
三、释放政治犯，保障民主权利。
四、停止“剿共”，联合红军抗日，共产党公开活动（红军保存独立组织领导。在召开民主国会前，苏区仍旧，名称可冠抗日或救国）。
五、召开各党派各界各军救国会议。
六、与同情抗日国家合作。
对周恩来提出的六条主张，宋子文个人表示同意，并答应向蒋介石转达。同时，双方就组织过渡政府、撤军、释放爱国领袖、释蒋等问题进行了商讨。
关于过渡政府。宋子文提议，先组建过渡政府，3个月后改造成抗日政府；目前先将南京政府中的何应钦、张群、张嘉敖、蒋鼎文、吴鼎昌、陈绍宽赶走，推荐孔祥熙为新任行政院院长。西安方面对此表示原则上同意，并推荐宋庆龄、杜重远、沈钧儒、章乃器等进入行政院。周恩来还提出在过渡政府时期，应先行成立西北联军，由张学良领导进行抗日，补给由南京提供。宋答复可以转告蒋介石。
关于撤军。宋子文提出，由蒋介石下令撤兵，西安方面即放蒋回南京。西安方面坚持：中央军须先撤走，蒋介石才能回南京。
关于释放爱国七君子。宋子文提出，先放蒋回南京后，再释放爱国七君子。西安方面要求先释放七君子。
第二天，双方继续谈判。此次谈判，西安方面仍是周恩来、张学良和杨虎城三人；蒋方代表增加了宋美龄。此前一天，宋美龄与周恩来进行了会晤。她表示：既然中共有诚意，就应在政府的领导下共同努力。周恩来向她明确阐述了中共的立场：只要蒋介石抗日，中共拥护他做全国领袖。周还说：“在中国目前的阶段，除了蒋委员长之外，别人谁也没有资格成为国家的领袖。”谈判中，宋美龄明确赞同西安方面提出的停止内战主张。她说：“我们皆为黄帝裔胄，断不应自相残杀，凡内政问题，皆应在政治上求解决，不应擅用武力。”
尽管在谈判过程中，宋子文也曾以中日两国军事力量相差悬殊，还不能马上抗日，只能做抗日的准备，红军必须接受国民党指挥。方可停止内战等为由，对周恩来提出的六条主张予以婉拒，但是由于宋子文等人此行主要目的是救蒋，担心夜长梦多，拖延谈判时间会节外生枝，宋氏兄妹俩对双方商谈的一些问题作了明确的承诺。很长一段时间，外界一直不知道：宋子文兄妹向周恩来、张学良、杨虎城承诺了一些什么内容。因为中共中央将周恩来12月24日电告的谈判结果长时间秘不示人。直到事变结束半个多世纪后，才在《周恩来选集》（上卷）所收录的《关于西安事变的三个电报》中首次披露出来。双方达成的条件是：
子、孔、宋组行政院，宋负绝对责任，保证组织满人意政府，肃清亲日派。
丑、撤兵及调胡宗南等中央军离西北，两宋负绝对责任。蒋鼎文已携蒋手令停战撤兵（现前线已退）。
寅、蒋允许归后释放爱国领袖，我们可先发表，宋负责释放。
卯、目前苏维埃、红军仍旧。两宋担保蒋确停止剿共，并可经张手接济（宋担保我与张商定多少即给多少）。三个月后抗战发动，红军再改番号，统一指挥，联合行动。
辰、宋表示不开国民代表大会，先开国民党会，开放政权，然后再召集各党各派救国会议。蒋表示三个月后改组国民党。
巳、宋答应一切政治犯分批释放，与孙夫人商办法。
午、抗战发动，共产党公开。
未、外交政策：联俄，与英、美、法联络。
申、蒋回后发表通电自责，辞行政院长。
酉、宋表示要我们为他抗日反亲日派后盾，并派专人驻沪与他秘密接洽。
关于释放蒋介石回南京问题，宋子文提出要蒋翌日即回南京。张学良表示将亲自送蒋介石回南京。周恩来、杨虎城认为，放蒋没有问题，蒋走前须有一个政治文件，不同意蒋介石翌日就离开西安。
从周恩来的电文中，我们可以看出，西安方面与二宋的谈判成果是巨大的。宋子文等人的承诺与周恩来提出的六条主张基本上是一致的。四方（中共、张学良、杨虎城、蒋介石）谈判取得了巨大成功。
不过，我们不能忘记的是，这只是理论上的成果，实际结果即西安事变后的局势会怎样发展，蒋介石政府会履行到何种程度，周恩来等人不可能做出准确的预计，只能等待时间的检验。
24日晚，周恩来由宋子文、宋美龄陪同，会见了蒋介石。周恩来一见到这位黄埔军校的前校长，就行了一个举手礼，并问候蒋：“蒋先生，我们有十年未见面了，你显得比从前苍老些了。”见到自己十年来一直重金悬赏的共产党大员突然出现在面前，因惊吓紧张显得有些病态的蒋介石，虽然事前已让宋氏兄妹向周申明不能多说话，也不得不强作镇定：“恩来，你是我的部下，你应该听我的话。”周恩来接过话，明确表示自己的态度：“只要蒋先生能够改变‘攘外必先安内’的政策，停止内战，一致抗日，不但我个人可以听蒋先生的指挥，就连我们红军也可以听蒋先生的指挥。”周问蒋：为什么不肯停止内战？宋美龄代答：以后不剿共了。这次多亏周先生千里迢迢来斡旋，实在是感激得很。会见中，蒋介石向周作了三点承诺：“子、停止剿共，联红抗日，统一中国，受他指挥。丑、由宋、宋、张全权代表他与我解决一切（所谈如前）。寅、他回南京后。我可直接去谈判。”这是周恩来在内战还未停止的情况下，与蒋介石的第一次会面，向蒋直接表明了中共中央的合作态度。25日，蒋介石离开西安。
三、张学良被扣后，力挽狂澜，维护和平局面
然而，突然的变故使谈判成果和西安的局势变得扑朔迷离了。
25日，敢做敢为的张学良陪同蒋介石离开西安，转道洛阳回到南京。张学良这一行动事先未告知周恩来；蒋介石离开前，也未有“一政治文件表示”。这与周恩来和毛泽东当初的“释蒋”设想是不一样的。周恩来的意见前已说过。12月23日，周恩来电报请示中共中央“你们决心在何种条件下实现许蒋回京”，毛泽东的答应是：“待先决条件履行及局势发展到蒋出去后不再动摇才释放。”尽管如此，对蒋介石突然离开西安，回到南京，周恩来、毛泽东还是比较乐观的。周恩来表示“虽有缺憾，但大体上是转好的”。毛泽东认为，“依情形看，放蒋是有利的，是否达成有利，当待证实”。
张学良的匆忙送蒋回南京引发的后果，很快就立竿见影了。
蒋介石登上专机，战战兢兢的心才慢慢平静下来了，自己的性命终于保住了。接下来，就是思索如何处置张学良、杨虎城这两个犯上作乱的臣子。蒋一到洛阳，态度就起了很大变化。他命令张学良让杨虎城立即释放被扣的军政干部。接到张的电报，杨虎城当天就设宴为陈诚、卫立煌、朱绍良等人饯行，予以释放。随后，又应张的要求，放回被扣的五十架南京方面的飞机。张学良亲自送蒋回南京无异于负荆请罪，既放人，又放机（飞机），可以说对蒋介石做到仁至义尽。蒋介石是怎样对待自己把兄弟的呢？
12月26日，张学良一到南京，就被软禁起来，失去了自由。31日，蒋介石组织高等军事法庭对张学良进行审判，以所谓“首谋伙党，对于上官暴行胁迫”的罪名，判处他十年徒刑。几天后。又由国民党政府宣布“特赦”，“仍交军事委员会严加看管”。从此，在中国现代史上因逼蒋抗日而名垂史册的爱国将领张学良，开始了长达半个世纪的囚禁生涯。
与此同时，蒋介石下令将杨虎城、于学忠两人撤职留任，派其嫡系顾祝同为军事委员会西安行营主任，调集37个师的兵力分五路向西安推进，其中进入潼关、直逼西安的军队就达12个师。中央军兵临城下，企图压迫西安方面屈服。
蒋介石的背信弃义给西安方面带来了沉重的压力。在此危急情况下，周恩来坚持和平方针，力挽狂澜，维护了西安事变后出现的国内和平局面。
面对蒋介石的言而无信，周恩来率中共代表团协同杨虎城、王以哲从政治和军事两方面进行认真的应对。
首先是在政治上，表明西安三方面的严正态度，抗议蒋介石的轻诺寡信。
一方面，1937年1月5日，周恩来同杨虎城等东北军、西北军高级将领协商，由杨虎城将军领衔发出一封措词强硬的电报，抗议蒋介石扣留并审判张学良的行径和准备重新挑起内战的阴谋。电文如下：
中央党部、国民政府钧览，各院部会、各省市政府、各总司令、各总指挥、各绥靖公署、各军、师部勋鉴，各机关、各法团、各学校、各救国团体、各报馆钧鉴：客岁底十二之举，纯出于爱国赤诚，毫无私意。迭经电达，计邀洞察。当蒋委员长在陕时，虎城等追随张副司令之后，以文电所列八项抗日救国主张，反复陈请，业蒙虚怀采听。允于返京后分别实行。张副司令及虎城等深以为非全国一致抗日。决不足以救亡。而备具领导全国抗日之才德威望者，实惟我蒋委员长。何幸蒋委员长熟审国势，详察舆情，对于张副司令暨虎城等所陈，不惟恕其冒渎，且更采及刍荛。此诚蒋委员长人格空前伟大之具体表征，亦即我国民族复兴之最大关键。凡我国人，均应公认。张副司令只知爱国，纯洁无他，苟可救亡，粉身何惜！爰于蒋委员长面允所请之后，亲送入都，束身待罪。此种前史所无世界仅有之伟举，自足以表示其心迹光明。凡有血气，能无感动！虎城等及所属二十余万兵士，无不以张副司令之心为心，但求能在蒋委员长领导之下，效死抗敌，为国家民族确尽一分对外之力量，则其他均非所计。谓予不信，尽可求事实之证明。忆蒋委员长到京以后，曾令中央军队向东撤出潼关，而离陕以前，更有‘有我在决不任再起内战’之语。我国苦内战久矣！今得负责领袖出此一言，不独张副司令及虎城亲聆之下钦幸万分，即我四万万五千万同胞闻之，亦当无不额手称庆。凡我袍泽，尤应体仰领袖之意旨而为一致对外之要求。乃正当蒋委员长休沐还乡，张副司令留京未返之际，中央军队匪未遵令东还，而反大举西进。计有第六、第十、第二十三、第二十八、第七十九、第九十五、第六十、第十四、第一百零三、第八十三各师暨教导总队等。集结推进至潼关、华阴、华县一带，筑垒布阵，积极作挑战之形势；更复时时截断电话，始终阻道通车，以致群情愤激。万众忧疑。是殆欲以武力造急性之内战，而以封锁作慢性之迫胁。虎城之愚，诚不知其具何心意，作何理由。国危至此，绝不能再有萁豆之举，因尽人皆知，苟有可以促成举国一致枪口向外之策，虎城等无不乐于听命。若不问土地主权之丧失几何，西北军民之真意为何。全国舆论之向背如何，而惟知以同胞血汗金钱购得之武器。施于对内，自相残杀，则虎城等欲求对内和平而不能。亦惟有起而周旋，至死无悔。张副司令既领罪于都门，虎城等亦惟以救亡为职志，而中央犹煎迫不已，使不免于内争，则谁肇内乱之端，谁召亡国之祸，举世自有公评。青史自有直笔也。血泪陈词，非敢悚听。举国上下，幸鉴愚衷。远赐教言。尤所企盼。
杨虎城、于学忠、孙蔚如、冯钦哉、何柱国、王以哲、董英斌、缪徵流、刘多荃同叩。
这封信语气委婉，层层递进，是对蒋介石背信弃义的公开声讨。既明白公示蒋介石对张学良、杨虎城的“决不任再起内战”的当面承诺；又表示对中央军不顾“土地主权丧失”、“西北军民之真意”及“全国舆论之向背”的步步进逼，西北军民欲求对内和平而不能时，将奋起抵抗。
另一方面是平息因张学良被扣押后，西安方面特别是东北军内部的骚动。
张学良被扣后，西安方面面临的最大困难是巩固内部的团结问题。张学良是维系西北三方抗日力量的关键性人物之一，蒋介石扣押他无疑给西安方面以沉重打击。特别是在东北军内部引起了强烈的反响。东北军处于群龙无首的境地。东北军是一个以张学良为惟一领袖的军事集团。在张作霖死后已经形成以张学良一个人为中心来维系内部团结的格局，虽有不同派别，但只要有张学良在，都以张的意志为意志。其他任何人都不能代替张学良来领导和指挥东北军。张学良临离开西安前，虽然委托杨虎城、于学忠指挥东北军，但两人实际上都没法完成委托：杨虎城指挥着第十七路军，这是一支力量远较东北军要小的军事集团，且两支武装之间还有不少的矛盾，杨名义上可以指挥东北军，实际上很难做到。于学忠原是直系军阀吴佩孚的部下，被张学良视作将才，深得信任。但因不是东北军的嫡系，又驻防兰州，虽然受张委托指挥东北军，实际上无法起到张学良要求的作用。东北军的实际工作由西安的王以哲和何柱国主持。杨虎城将军控制不了东北军，东北军中也缺乏能控制这支军事集团的得力人选，西安的局势和杨虎城的窘境可想而知。
