12月16日下午，當端納再次從洛陽返回西安時，南京政府已下達了對張、楊的“討伐令”。國民黨20餘萬軍隊已進駐潼關至華陰一帶，戰事一觸即發。

12月17日，在何應欽通電就職“討逆總司令”之時，國民黨軍對陝西三原、渭南和赤水車站等地的大肆轟炸已進入第二天，數百居民死傷。國民黨二十餘萬軍隊已進駐潼關至華陰一帶，戰事一觸即發。

同日，周恩來一行在十七路軍的保護下乘張學良座機抵達西安。次日下午，周恩來前往“止園”會見楊虎城。“此次談話確立了中共和張、楊‘三位一體’逼蔣抗日的方針。緊接着，宋子文、宋美齡、端納、戴笠等人在12月22日飛抵西安，開始與‘三位一體’進行釋蔣談判”。

“在18日下午，楊虎城與周恩來會談，周恩來的真知灼見和真誠坦蕩的作風，讓我的祖父非常欽佩，稱周恩來為‘周聖人’。”

當宋子文衝破何應欽的阻攔，20日上午到達西安時，曾為周恩來先期到達西安而大驚失色說：“周恩來一來，事情（指放蔣）就難辦了。”

12月23日至24日，張學良、楊虎城、周恩來同宋子文及後來加入談判的宋美齡達成了停止內戰、停止“剿共”、一致抗日等六項協議。24日晚，蔣介石會見了周恩來，表示以人格保證接受六項協議，並邀請周恩來到南京就國共合作直接同他談判。

但是，蔣介石只同意以“領袖人格”保證，不肯簽字。這樣，在放蔣問題上，西安方面就出現分歧。有的人主張繼續扣蔣，命蔣在西安發號施令；有的人同意放蔣，但堅持蔣必須簽字；還有人則提出讓蔣介石在西安對全國作廣播講話。

“25日放蔣介石，24日晚上，張學良和楊虎城因為張學良主張立即放蔣介石回南京而大吵了一 架。祖父不同意那麼簡單的放，覺得放得不明不白，他主張是至少得簽個文件，有個書面的保障；張學良認為把蔣介石趕快送走，想得比較簡單。我祖父沒有向外人 透露這次爭吵，因為他知道讓蔣介石離開，一定會讓他們倆人頭落地；而張學良吵完架就告訴了宋子文。”楊瀚說：“大家都反對蔣介石、張學良離開的這種輕率、 危險的做法。我祖父當時就說‘蔣介石的人格是不可靠的。”

蔣介石在《西安半月記》載，12月24日夜，“聞楊虎城堅決不主張送余回京，與張爭幾決裂”。在《西安事變反省錄》中，張學良也曾述及：在送蔣離陝問題上，與楊虎城發生歧見，言語急躁，幾乎同楊決裂。

12月25日下午，蔣介石在張學良親自陪同下，乘飛機離開西安，當日抵洛陽。在離開西安前，張學良留下手令，把東北軍交給了楊虎城指揮。這份用紅色鉛筆寫的手令寫道：

“弟離陝之際，萬一發生事故，切請諸兄聽從虎城、孝侯（于學忠）指揮。此致，何、王、繆、董各軍、各師長。張學良，廿五日。以楊虎城代理余之職，即日。”

1966年，周恩來曾對楊虎城長子楊拯民說：“有人問我，‘西安事變’時如果把蔣介石殺掉會怎麼樣？我看也不過是日本人早打進來，革命力量早發展，抗日戰爭也許早勝利。結果未必壞。”