機動的鬥爭藝術，進行了緊張的談判鬥爭。在周恩來出發前，中共中央對西安的具體情況還不十分清楚，很多問題需要等周恩來到西安進一步弄清情況後才能作出決斷。對蔣介石的處置以及各種在保安難以估計到的複雜問題，都要由周恩來到西安後相機處理。
在周恩來到達西安前，張學良早在等著周的到來。
12日他們雖然把蔣介石扣起來了，但對下一步該怎麼辦，並沒有明確的計劃和統一的認識，許多事情都想等周恩來到後共同商議。周恩來一到，張學良就把他安置住在自己的公館裡。周恩來當晚同張學良的談話一直進行到深夜。張學良先敘述蔣介石在被扣後的表現，南京的動態和各方面的反映。
當時，最迫切需要處理的關鍵問題，是如何處置蔣介石。張學良說：據他個人看，爭取蔣抗日，現在最有可能。只要蔣答應停止內戰，一致抗日，應該放蔣。
周恩來對張的看法表示同意。他肯定張學良的愛國熱忱後指出：從各方面考慮，對蔣介石的處置極需慎重。周恩來分析了對蔣介石的不同處置方法可以導致西安事變有兩種截然不同的前途：如果能說服蔣介石停止內戰，一致抗日，就會使中國免於被日寇滅亡，爭取一個好的前途；如果宣佈他的罪狀，交付人民審判，最後把他殺掉，不僅不能停止內戰，而且還會給日本帝國主義造成進一步滅亡中國的便利條件，這就使中國的前途更壞。歷史的責任，要求我們爭取中國走一個更好的前途。這就要力爭說服蔣介石，只要他答應停止內戰、一致抗日的條件，就釋放他回去。蔣介石實際統治著中國的大部分地區，迫使他走上抗日的道路，還擁護他做全國抗日的領袖，有利於發動全面的抗日民族解放戰爭。周恩來提出這樣明確的意見，加強了張學良和平解決西安事變的決心。＇金衝及主編：《周恩來傳》，人民出版社，1989年版，第330～331頁。＇
周恩來對張學良提出決定西安事變發展前途的關鍵性決策後，又與楊虎城進行會談。周恩來希望他從大局出發，逼蔣抗日。楊虎城表示：“共產黨置黨派歷史深仇於不顧，以民族利益為重，對蔣介石以德報怨，令人欽佩。我是追隨張副司令的、現在更願意傾聽和尊重中共方面的意見。既然張副司令同中共意見一致，我無不樂從。”＇羅瑞卿、呂正操、王炳南著：《西安事變與周恩來同志》，人民出版社，1978年版，第48頁。＇
中共代表團還對張、楊所部將領與中下層軍官做了大量工作。這樣，各方面就取得了一致的意見。
12月20日上午，宋子文由蔣介石的顧阿、澳大利亞人端納陪同，乘飛機來到西安。但宋子文顧慮會被何應欽抓把柄，不敢單獨同週會面，就由郭增愷去見周恩來。周恩來告訴他：這次事變，中共並未參與，對事變主張和平解決，希望宋子文認清大勢，權衡利害，勸說蔣介石改變政策，為國家做貢獻。並說：“只要蔣先生抗日，共產黨當全力以赴，並號召全國擁護國民政府，結成抗日統一戰線”。＇《西安事變簡史》，中國文史出版社，1986年版，第84頁。＇
郭增愷向宋子文轉達了周恩來的意見，宋子文對中國共產黨的態度十分讚賞。第2天，他飛回南京報告。
12月21日，中共中央書記處致電周恩來，主張爭取蔣介石、陳誠等與之開誠談判。與此同時，中共中央和中央軍委又在軍事上作了以紅軍主力協同東北軍、西北軍，準備迎擊“討逆軍”進攻的周密部署。
當時“討逆軍”總司令為何應欽，所屬東路集團軍由劉峙指揮的近10個師組成，其中5個師已進到潼關、華縣，從東面直迫西安；西路集團軍由顧祝同指揮的10個師組成，擬由大水坑、甜水堡、同心城、靖遠等地向天水、隴西集中，爾後經寶雞、鳳翔協攻西安。
中共中央和中央軍委經以周恩來為首的代表團同張學良、楊虎城反覆磋商，於12月21日共同決定：集中東北軍、西北軍和紅軍主力，採取誘敵深入方針，在西安以東地區同劉峙決戰；以一部兵力抗擊和鉗制西路顧祝同軍。
1936年12月23日，雙方開始正式談判。蔣方由宋子文出席，西安方面由張學良、楊虎城、周恩來3人出席。談判一開始，先由周恩來提出中共和紅軍的6項主張：
（一）停戰，中央軍撤至潼關外。
（二）改組南京政府，排逐親日派，加入抗日分子。
（三）釋放政治犯，保障民主權利。
（四）停止剿共，聯合紅軍抗日，共產黨公開活動（紅軍儲存獨立組織領導