接着，他指出，如果能说服蒋介石停止内战、一致抗日，就会使中国免于被日寇灭亡，争取一个好的前途；如果宣布他的罪状，交付人民审判，最后把他杀掉，不仅不能停止内战，而且还会给日本造成进一步灭亡中国的便利条件，这就使中国的前途更坏。历史的责任，要求我们争取中国走一个更好的前途。这就要力争说服蒋介石，只要他答应停止内战、一致抗日的条件，就释放他回去。
周恩来提出要保证蒋介石的安全。中共中央同意周恩来的意见。许多具体的情况和复杂的问题，都有待周恩来在西安相机处理。
接着，周恩来又和杨虎城会谈。周恩来希望他从大局出发，逼蒋抗日。杨虎城表示：“共产党置党派历史深仇于不顾，以民族利益为重，对蒋介石以德报怨，令人钦佩。我是追随张副司令的，现在更愿意倾听和尊重中共方面的意见。既然张副司令同中共意见一致，我无不乐从。”
20日上午，宋子文乘飞机来到西安，蒋介石的澳大利亚顾问端纳陪同他前来。宋子文不敢单独同周恩来会面，顾虑何应钦抓住他的把柄。他让郭增恺去见周恩来。周恩来告诉郭增恺，中共没有参与这次事变，主张和平解决，希望宋子文认清大势，权衡利害，劝说蒋介石改变政策，为国家做贡献。宋子文得知周恩来的意见，对中共的态度十分欣赏。
当时，何应钦的“讨逆军”已经有五个师开到潼关和华县，从东面直逼西安，顾祝同指挥的十个师，准备从西面进攻西安。中共中央主张周恩来争取和蒋介石、陈诚等人开诚谈判，又在军事上做了周密部署，派红军主力协同东北军和西北军迎击“讨逆军”。
22日，宋美龄到达西安。飞机在洛阳机场停留时，宋美龄对洛阳的国民党空军下令：无论如何不能派飞机轰炸西安。宋美龄带来了大量食物和用具，还为蒋介石带了一副假牙。
在金家巷高公馆，蒋介石见到宋美龄到来，惊呼道：“亲爱的，我告诉子文不让你来，你怎么真的来啦！你入了虎穴了。”
宋美龄说：“你受了伤，我来看你埃”言谈间，两人唏嘘不已。
23日，双方谈判正式开始。蒋介石方面由宋子文出席，西安方面由张学良、杨虎城和周恩来出席。谈判一开始，周恩来提出中共和红军的六项主张，只要蒋介石接受并保证实行，中共和红军就赞助他统一中国，一致对日。宋子文表示个人同意，并将向蒋介石转达。
24日，谈判继续进行，蒋介石方面多了一个宋美龄出席。宋美龄明确表示赞成停止内战，她和宋子文对谈到的一些问题做了明确的承诺。双方最后达成了六项协议。
当晚，周恩来会见蒋介石，对他说：“蒋先生，我们有十年没有见面了，你显得比从前苍老些。”
蒋介石点点头，叹口气，然后说：“恩来，你是我的部下，你应该听我的话。”
周恩来回答：“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。”
周恩来又说：“你违背孙中山先生的遗嘱，十年来牺牲了千百万中国革命者，我的头也是从你的刀底下滚过来的。这些，现在都不去说它了，一起抗日吧。”
蒋介石想了想，叹口气说：“我后悔了，杀人太多了。”
站在蒋介石身边的宋美龄赶紧打圆场：“算了吧，以前的事别说了，以后再不要剿共了。”
第二天，周恩来在给中共中央的电报中说，蒋介石做了三点表示：第一是停止“剿共”，联合红军抗日，统一中国，受他指挥。第二是由宋子文、宋美龄和张学良全权代表蒋介石与周恩来解决一切问题。第三是蒋介石回南京后，周恩来可以直接去谈判。
历时十四天的西安事变终于和平解决了。在蒋介石承诺了“我决不打内战了，我一定要抗日”之后，“西北大联合”的三方，同意释放蒋介石。张学良急急忙忙亲自乘飞机送蒋介石回南京，周恩来得到消息，乘汽车赶往机场，飞机已经起飞。周恩来后来叹息说：“张汉卿就是看《连环套》那些旧戏看坏了，现在他不但要‘摆队送天霸’，而且还要‘负荆请罪’啊”
不出周恩来所料，张学良去南京，给他自己带来了严重后果。
西安事变和平解决，如美国记者斯诺所说，是“中国得了利，日本失了利”。它结束了中国的十年内战。毛泽东指出：“西安事变的和平解决成了时局转换的枢纽；在新形势下的国内的合作形成了，全国的抗日战争发动了。”
1937年2月，国民党召开五届三中全会，中共中央发出了《给中国国民党三中全会电》，正式公开向国民党中央提出两党合作的基本条件，得到了全国人民和国民党大多数党员的赞同，为第二次国共合作正式谈判奠定了政治基矗国共合作、一致抗日的新局面，终于初步形成。