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次日，端纳飞抵洛阳，用长途电话向宋美龄报告了事态真相。宋美龄要端纳返飞西安，让蒋给何应钦下一停战手令。蒋介石写下手令：“敬之吾兄，闻昨日空军在渭南轰炸，望即令停止。以近情观察，中正于本星期六以前可以回京，故星期六以前万不可冲突，并即停止轰炸，为要！顺颂戎祉。”端纳的西安之行和蒋介石的手令，使南京局面发生了戏剧性变化，主和派占了上风。孔祥熙、何应钦、孙科、宋美龄等作出决定：批准宋子文以私人资格去西安营救蒋介石；停止轰炸的日期延长到22日。
12日20日，宋子文在端纳的陪同下，飞抵西安。张学良、杨虎城都向宋子文表示：“兵谏只要蒋停止内战，团结抗日，不会杀害他的。”周恩来又同宋子文作了一次长谈，希望他能够说服蒋介石真正改变政策，只要蒋先生抗日，共产党当全力以赴，并号召全国拥护国民政府，结成抗日统一战线。宋子文听了喜出望外，对中共的态度十分赞赏。宋子文去见蒋介石，蒋情绪激动。同宋子文谈了30分钟。特别是他看到宋美龄信上“如子文三日内不回京，则必来与君共生死！”一句时，竟落了眼泪。宋子文弄清了情况，即飞回南京。
12月22日，宋子文偕同宋美龄、端纳、戴笠等再来西安。在蒋的授意下，由宋氏兄妹代表他与西安方面正式谈判。蒋介石提出对商定的条件，他以“领袖人格”保证，不作书面签名，回南京后分条逐步执行。
谈判从12月23日开始，西安方面的代表是张学良、杨虎城、周恩来，南京方面代表是宋氏兄妹，应德田担任记录。周恩来作为中共全权代表，在首次会上提出和平解决西安事变的6项主张，即：
（1）双方停战，中央军撤至潼关以东。
（2）改组南京政府，肃清亲日派，加入抗日分子。
（3）释放政治犯，保障民主权利。
（4）停止“剿共”，联合红军抗日，共产党公开活动。
（5）召开各党、各派、各界、各军救国会议。
（6）与同情抗日的国家合作。
南京方面救蒋心切，背后又有英、美督促其和平解决，不敢横生枝节，宋氏兄妹代表蒋介石基本上同意了这些条件，但也不免讨价还价。周恩来又两次同宋氏兄妹长谈，希望他们劝蒋回心转意，这对国家对个人都有好处。只要蒋同意抗日，中共拥护他为全国领袖。除蒋以外，全国没有第二个适合的人。宋美龄表示：“我等皆为黄帝裔胄，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。”
此时，博古、叶剑英也来到西安，协助周恩来参与解决西安事变问题。周恩来在继续谈判中提出，如果蒋介石同意6项条件，他愿意和蒋见面详谈。12月24日，谈判结束，周恩来在宋氏兄妹的陪同下，于当晚会见蒋介石。蒋介石十几年来残杀共产党人，血债累累。他被捉后最害怕的是共产党和红军插手，自忖若共产党来了，他绝无活路。不料共产党不仅不主张杀他，只要他停止内战，共同抗日，还放他回南京当领袖。
周恩来先对蒋说：“蒋先生，我们有10年没见面了，你显得比从前苍老了。”蒋介石点点头：“恩来，你是我的部下，你应该听我的话。”“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话，就连我们红军也可以听蒋先生的指挥。你为什么不肯停止内战呢？”
宋美龄忙帮腔说：“以后不剿共了。这次多亏周先生千里迢迢来斡旋，实在感激得很。” 周恩来又向蒋说了许多停止内战、一致抗日的道理，蒋介石听着，连连点头，目光里流露出不胜感慨之意。他最后表示同意停止“剿共”，联共抗战等谈判议定的6项条件，并邀请周恩来在他回南京后，去南京直接谈判。
张学良送走周恩来之后，又返回蒋介石的住所，宋氏兄妹请求明天放蒋介石和他们回南京。张学良说：“杨主任还未松口，我不好办。”不料，蒋介石的一席话使张学良立即转变了态度。蒋躺在床上说：“我这次在西安栽了个大筋斗，名声、地位、尊严全毁了。一个国家统帅走上了这种末路，在人们心目中还有什么份量呢？对于汉卿、虎城和周先生，我绝对没有话可说，你们确实待我不错。可事情已经陷入这步田地，我日后怎么领导政府，怎么发号施令呢？汉卿，你成全我罢，我想好了，还是把我和美龄一块处置了干净！这样活着有什么意思！”说罢便“呜呜”地哭起来。蒋介石很了解张学良，知道他是个很讲义气的人，便使出这一招术。
一下子把张学良挑逗起来：“我愿跟你一起去南京，负荆请罪！一言九鼎，让天下人看看我张学良！不管别人允许不允许，我决定的事情，都由得我。”翌日，张学良来到杨虎城住所，说明他要送蒋介石等回南京。杨虎城大惊：“放虎归山，久后伤人。这么大事，我们应该让政治设计委员会知道。老蒋是集中外权变手法之大成的人物，不揪住他的辫子，他一回头就要打击报复。”张学良放蒋心切，起身告辞：“既然想得这多，你我又何必当初！”准备放蒋的消息一传出，东北军和十七路军的一些高级将领联名写信给宋子文，强硬地表示：商定的条件必须有人签字，中央军必须先退到潼关以东，才能放蒋，否则虽然张、杨两将军答应，我们也誓死反对。蒋介石看到信后大吃一惊，立即要宋子文去见张学良，恳求他尽早放蒋。
12月25日下午3时许，张学良拉着杨虎城陪蒋介石夫妇及宋子文等悄悄地乘车直奔西郊机场，行动非常秘密，连周恩来也没有通知。蒋介石登机前拉住杨虎城的手说：“仗是不打了，以前的内战由我负责。答应的条件，我一定实行，这个你们放心。否则，你们可以不承认我是你们的领袖。我答应你们的条件我再讲一遍：第一、回京后立即命令中央军入关部队撤出潼关，今后如再有内战发生，当由余个人负责；第二、停止内战一致对外；第三改组政府，集中各方贤良，容纳抗日分子；第四、联合一切同情中国抗日的国家；第五、释放上海被捕领袖；第六、今后西北各省军政统由张副司令、杨主任负责，西北今后就交给你们了。我说的对不对？”
杨虎城直视着他，点了点头。蒋介石以无限感激的神情对张学良说：“汉卿，到此为止吧。我看你现在去南京没有必要，南京有南京的体统，我虽是领袖，好多事情并不由我，你去了，如果他们打你的主意，对你下毒手，我可就遗臭万年了。你一定要去，也须待我回去安排安排再去。”张学良一挥手：“别再耽误了，上飞机吧！”
张学良将亲笔写下的手令交给杨虎城： 弟离陕之际，万一发生事故，切请诸兄听从虎城、孝侯（于学忠）指挥。此致，何、王、缪、董各军师。以虎城代理余之职。
张学良 二十五日
周恩来从警卫团团长孙铭九那里，得知张学良送蒋的消息，急忙驱车赶往机场劝阻。来到机场，飞机已经起飞。周恩来无限感慨地说：“张汉卿看《连环套》那些旧戏中毒了，他不但摆队送天霸，还要负荆请罪啊！”蒋介石一离开西安，态度立刻起了很大变化。飞机刚到了洛阳，蒋就命令张学良立即释放卫立煌、陈诚、蒋鼎文、朱绍良、陈调元等。张学良电告杨虎城照办。以后又要西安方面放回被扣的50架军用飞机。到南京后，蒋介石下令把张学良软禁起来，又组织高等军事法庭，委派李烈钧为审判长，朱培德、鹿钟麟为审判官。
12月30日开庭。张学良走进法庭，气宇轩昂，嘴角含笑，毫无畏惧。李烈钧问：“张学良你身为军人。为何劫持长官，进行叛变？”张学良答：“一切经过详细情形，蒋委员长知道得很清楚，请审判长问蒋委员长便可明白，我也不便详说。不过，我不是劫持，而是爱惜蒋委员长；也不是叛变，而是热爱国家。我们在蒋委员长面前陈述意见，实现我们的主张，怎么说是叛变？如果说是叛变的话，请问审判长，蒋委员长怎么能安全地回到南京呢？我跟随他一起来，你们都是有目共睹的。”“你们干这种叛乱之事，是受人指使？还是你们自己策划的？” “你看看我这个人，是别人所能指使的吗！我再说一遍，我不承认我们是叛乱。”“你们把中央许多大员都拘禁起来，这还不是叛乱吗？”
张学良仰头大笑：“他们身为大员，平日穷奢极欲，不知爱国爱民，蒋委员长误就误在他们身上。如陈调元身为军事参议院院长，在西京招待所拘留不过几日，就调戏陈继承的娘姨，可谓老而风流。再如陈诚，平时口出大言，装模作样，貌似忠诚，领袖遇难，既不营救，又不殉节，却一头钻进垃圾箱里，……”
李烈钧急忙制止说：“不要说了，与本案无关。”
张学良说：“我有一句话想请教审判长，民国二年，你在湖口起兵反对袁世凯实行专制，如果这是正义的行为，那么西安兵谏制止蒋介石独裁专制，何罪之有？”
李烈钧问：“东北是怎样丧失的？难道你不知罪吗？”
张学良霍地站起来，从怀里取出“九一？八”时蒋介石发给他的电报宣读道：“无论日本军队此后在东北如何寻衅，我方应不予抵抗，力避冲突。吾兄万勿逞一时之愤，置国家民族于不顾。蒋中正”
张学良又道：“九一八事变，日寇打进来，我接到这封电报，只得命部队拔营而起，退出山海关。不抵抗主义，不是创自我张学良，而是创自蒋委员长！这次我在西安向蒋委员长上疏、哭谏，直至不得已而兵谏，完全是为抗日救国而发。我一片赤忱不料却落得这个下场！耿耿此心，天日可以为证！”
李烈钧高叫道：“你不必说了。我们就宣判吧。”李烈钧拿起蒋介石交下的判决书，照本宣科：“张学良首谋伙党，对于上官为暴行胁迫罪，判处有期徒刑10年，褫夺公民权5年。”
1937年1月5日，蒋介石下令将杨虎城、于学忠撤职留任，由顾祝同任军事委员会西安行营主任，调集37个师兵分5路进攻西安。西安的周恩来、叶剑英、博古等彻夜不眠，分析形势，研究对策，以冷静的态度对待和处理复杂的形势问题。周恩来同杨虎城商量后，由杨虎城领衔向南京政府发一措词强硬的电报，抗议扣押张学良和妄图重新挑起内战的阴谋。
周恩来还同杨虎城等东北军、十七路军将领们商定，组成东北军、十七路军和红军三方面的联军，拟定了联军作战方案。周恩来还通过中共中央电调红1军团到达耀县、三原，红15军团到达咸阳，红27军到达洛川。
毛泽东代表中共中央发表声明，公布了蒋介石允诺的6项条件，并以不客气的口气说：“推迟其诺言的实践，则全国人民的革命浪潮，将席卷蒋氏以去。语曰