1936年12月12日“西安事變”發生當天，瓦窯堡先后收到張學良、楊虎城從西安發給中共的捉蔣密電，以及邀請中共中央派代表團赴西安共商對策的電報。毛澤東立即召集周恩來、朱德、博古、張聞天、王稼祥、關向應、張國燾等商討此事。當時，得知蔣介石被扣押，整個陜北都欣喜若狂，要知道，中共和蔣介石可是有不共戴天的大仇——當年，蔣介石“四一二”清黨，一年之內屠殺共產黨人和親共人士數十萬，導致中共在政治上陷于絕境，后來連續五次的大規模圍剿，又打得紅軍幾無藏身之所，被迫進行長征，幾十萬的紅軍最后就剩下了幾萬人，很多中共高層領導，也是被蔣介石殺害。因此，在大多數中共黨員看來，此次捉蔣當以“誅之為上”，陜北蘇區也由是發生了大規模的清算運動，要求“血債要用血來還”，準備公審蔣介石。

實際上，張、楊發動“西安事變”在當時是受到國內外輿論一致譴責的，美國《生活》雜志選張學良為“本周惡棍（Villain of the week）”，國民黨內部雖然有很多人不滿蔣介石的對日妥協政策，但他們也不贊成張學良以武力對國家元首進行逼迫的作法。縱觀當時整個世界，除中共以外，各路軍閥和各地實權者都紛紛通電支持蔣介石，社會輿論也基本站在蔣介石一邊，南京政府更是采取了對張學良堅決不讓步的政策，包括蘇聯在內的各國也督促張學良無條件釋放蔣介石，斯大林甚至還發給毛澤東一封措辭十分嚴厲的電報，要求中共施壓放蔣。這一切都使張學良處于十分為難的境地，中共也因此不敢“冒天下之大不韙”過分的支持張學良的行動，以丟掉他們賴以生存的“正義形象”，至少不能為此得罪蘇聯人。

最后，中共否定了殺蔣的意見，并制定了“和平解決西安事變”的基本方針。1936年12月14日，以周恩來為首的中共中央代表團離開瓦窯堡，日夜兼程趕赴延安，在那里搭乘張學良派來的專機，飛赴西安。1936年12月17日下午，中共代表團專機在西安西郊機場降落，周恩來、博古、葉劍英等隨機抵達。當天晚上，張學良與周恩來進行了徹夜長談，就當前局勢交換了意見。12月18日下午，周恩來又到楊虎城府上拜訪，通報了中共中央對“西安事變”的看法及頭日與張學良會談的情況，楊虎城則表示，只要中共方面與張學良意見一致，他“無不樂從”。至此，東北軍、西北軍（十七路軍）和紅軍“三位一體”，組成調停“西安事變”的公開聯盟。

12月18日，中共中央發出《關于西安事變致國民黨中央電》，提出解決事變的五條方針。12月19日，中共中央又發出《關于西安事變及我們任務的指示》，肯定了“事變”的進步性質，提出了解決這一事變的基本方針：一、反對新的內戰，主張南京與西安間在團結抗日的基礎上和平解決；二、用一切方法聯合南京左派，爭取中派，反對親日派，以達到推動南京走向進一步抗日的立場，揭破日寇及親日派利用擁蔣的口號，發動內戰的陰謀；三、同情西安事變的發動，給張、楊以積極的實際的援助（軍事上的與政治上的），使之徹底實現西安事變的抗日主張；四、切實準備討逆軍進攻時的防御戰，給討逆軍以沉重的打擊，促其反省，目的依然是為了促成全國性抗日民族統一戰線的建立與全國性抗日戰爭的發動。同時，中共還提出對蔣介石的處置意見，只要蔣介石同意停止內戰、一致抗日，就應當釋放他。

12月20日，宋子文受宋美齡之托來到西安，見到了蔣介石。隨后，宋子文又要求會見中共中央代表周恩來，探聽中共的意見。周恩來抓住這個時機，與宋子文進行了長談，使宋子文了解到中共和平解決事變的態度。12月21日，宋子文返回南京，通報西安的情況，還對周恩來的“政治遠見”大加稱頌，并嘲諷的說：“南京有誰能承担這樣風險去救委座？相反還有人要轟炸哩！”。

12月22日，宋美齡和宋子文等人飛抵西安，與蔣介石和張學良見了面。其間，張學良雖然答應放蔣，但楊虎城等人卻堅決反對，于是，張學良建議宋美齡與周恩來見面，利用周恩來的影響使委員長獲釋，宋美齡隨即征求了端納的意見，端納表示了肯定。12月23日，宋美齡和宋子文代表蔣介石同西安方面和中共代表團開始談判。談判一開始，周恩來首先提出解決事變的六項主張：一、改組國民黨與國民政府，驅逐親日派，容納抗日分子；二、釋放上海愛國領袖，釋放一切政治犯，保證人民的自由權利；三、停止剿共政策，聯合紅軍抗日；四、召集各黨各派各界各軍的救國會議，決定抗日救亡方針；五、與同情中國抗日的國家建立合作關系；六、其他救國的具體辦法。

客觀的說，中國共產黨提出的這些主張在當時是順乎歷史潮流、符合民族利益、切中國民黨統治弊端的。由于南京方面救蔣心切，背后又有英、美督促，因此，在權衡利害后，宋美齡等基本接受了這些要求，但也不免討價還價。12月24日，雙方就改組政府、中央軍撤兵、釋放愛國領袖、停止剿共并予接濟、抗戰發動和共產黨公開、蔣介石回到南京后發表通電自責等九方面問題達成一致。

經過兩天的會談，各方根據中共提出的六項主張達成基本協議。12月24日夜，宋美齡和張學良、楊虎城陪同周恩來會見了蔣介石，周恩來同蔣介石談了四個小時，這二人在黃埔軍校時期曾共過事，因此周恩來稱蔣介石為“校長”，蔣介石則在后來把這次接觸中的周恩來稱做他所知道的“最講道理的共產黨人”，并說感謝周恩來“幫了我的忙”（指周恩來為使蔣介石獲釋而向楊虎城說情，并勸楊虎城接受宋子文的錢到國外旅行）。此外，宋美齡對周恩來通曉國內問題也印象頗深，她向周恩來保證：今后一切國內問題，都將以政治方式而不是依仗武力來解決，因為我們畢竟都是中國人。最后，蔣介石表示以“領袖人格”作保，回南京后執行談判協議，口頭答應“準備向停止內戰、一致抗日的方向努力”，但沒有簽署任何文書。

在三方談判有了實質性成果后，宋美齡仍担心夜長夢多，唯恐已經爭取到的局面會起變化，這主要是因為蔣介石沒有在協議上簽字，中央軍也沒有撤至潼關以東，西安還有許多東北軍和西北軍將領不讓蔣介石走，這些人甚至聯名寫信給宋子文，揚言如果商定的協議沒有簽字畫押，中央軍不首先撤至潼關以東，即使張學良、楊虎城答應放蔣，我們也誓死反對。于是，宋美齡往來于東北軍和十七路軍將領之間，多方進行疏通，同時要蔣介石派蔣鼎文持他的手令，命雙方部隊自潼關各后撤一千公尺，并轉告孔祥熙、何應欽關于西安談判的進展情況。此外，宋美齡還加緊做張學良的工作，向其施加壓力，說南京方面有采取軍事行動的心理，停戰期已過，大規模的軍事行動又會開始，雙方都會毀于這場戰爭中，從而迫使張學良在圣誕節前放蔣介石離開西安。

張學良怕在放蔣這一著棋上出亂子，導致前功盡棄，于是決定立即親自送蔣介石回南京，他一面安撫部下，一面寫好手諭交給楊虎城，要楊虎城在他離陜之際憑此手諭節制東北軍。12月25日下午3時多，在既沒有同周恩來、也沒有同楊虎城事先商量的情況下，張學良拉著楊虎城陪同蔣介石、宋美齡、宋子文、端納等人分乘兩輛臥車，悄然駛離高桂滋公館，直奔西郊機場。等他們到達機場時，發現機場上已經會集了一兩千名學生，這些人本來是在迎候領導綏遠抗日的傅作義將軍，但蔣介石卻以為他們是來阻攔自己離開西安，因此十分驚慌，反復強調“我答應你們的條件”。接著，張學良親自陪同蔣介石飛離西安，并于當日飛抵洛陽，26日抵達南京。

就在蔣介石一行離開公館10多分鐘后，張學良的衛隊營營長孫銘九氣喘吁吁的趕到周恩來那里報告。周恩來驚愕之余，立即驅車趕往機場，但當他到達時，飛機已經起飛，周恩來也只能仰天長嘆。后來，周恩來還因此事受到中共中央政治局的批評，他自己也一直自責沒能及時攔阻張學良，以致其后來被軟禁半個多世紀之久。

在張學良和蔣介石的座機飛抵東北軍炮兵旅防地洛陽時，曾有人勸張學良送蔣“到此為止”，回西安去，但張學良決心已定，依舊是去了南京。張學良抵達南京后暫住南京宋子文公館 ，隨即被扣留。

1936年12月26日，蔣介石返抵南京，像凱旋的英雄一樣受到國民政府官員、各路軍閥代表、以及數以萬計市民的隆重歡迎。12月28日，蔣介石以自己要對“西安事變”負責為由提出辭呈，被中央政府慰留。12月30日，南京政府任命李烈鈞為審判長，對張學良進行軍法會審。12月31日，南京軍事法庭以反亂罪判處張學良10年有期徒刑，剝奪公民權5年，張學良隨即從宋子文公館移住南京中山門外孔祥熙公館。不久，蔣介石提出對張學良進行特赦，軍事法庭遂于1937年1月4日對張學良進行特赦。此后，張學良被軟禁50多年，軟禁地點則是不斷變化，直到1988年蔣經國去世后才逐漸重獲自由。而楊虎城則在1937年6月出國考察，11月底由法國回到香港準備參加抗日，隨后被國府囚禁，長達12年；1949年9月國民政府潰逃臺灣時，楊虎城被處決于四川重慶戴公祠。

自張學良被軟禁后，東北軍便發生了內訌，后被中央軍改編接收。