停止内战、一致抗日的条件，就释放他回去。接着，周恩来与杨虎城进行会议，希望他从大局出发，逼蒋抗日。杨对中共以民族利益为重，对蒋介石不计前嫌，以德报怨，表示钦佩，中共与张、杨取得了一致意见。
１２月２０日，宋子文由蒋介石的顾问澳大利亚人端纳陪同，乘飞机来到西安后，派人与周恩来见面。周恩来告诉来者说，这次事变，中共并未参与，对事变主张和平解决，希望宋子文认清大势，权衡厉害，劝说蒋介石改变政策，为国家做贡献。这个意见转告给宋子文后，宋对中共的态度十分钦佩。宋子文在与蒋介石密谈时，蒋授意一面和平谈判，一面不放松武力威胁，以达到他早日离开西安的目的。宋子文立即回南京磋商后，２２日又偕宋美龄等到西安。蒋介石见了宋美龄，悲喜交加，惊呼：“余妻真来耶？君入虎穴矣！’”顿时间，“泪潸潸下”。他在听了宋子文、宋美龄与张学良、周恩来会晤的情况后，表示自己是领袖，不能出面与下级谈判，授权宋子文、宋美龄代表他谈判。他还说了３个月后召开救国会议、改组政府、同意联俄联共等条件。
２３日，双方开始正式谈判，蒋方由宋子文出席，西安方面由张、杨、周３人出席。先由周恩来提出中共和红军的６项主张。宋子文听后，表示个人同意，承诺转达给蒋。２４日，谈判继续进行。宋美龄明确表示赞成停止内战。周恩来对宋美龄说：只要蒋介石同意抗日，中共拥护他为全国领袖。并表示除蒋介石以外，全国没有第二个合适的人。双方最后达成了包括停止内战，集中国力，一致对外；改组国民政府，集中各方人才，容纳抗日主张，驱逐亲日派，容纳抗日分子等内容在内的６项协议。
当晚，蒋介石会见了周恩来。周恩来对他说：“蒋先生，我们有１０年没见面了，你显得比从前苍老些。”蒋点点头，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。”蒋对周作了三点表示：（一）由、宋、张全权代表他与周解决一切。（二）停止“剿共”，联红抗日，统一中国，受他指挥。（三）他回南京后，周可以直接去谈判。他还保证：“决不打内战了，我一定抗日。”本应由他在协定上签字，但他在同宋子文、宋美龄商谈时，已表示：他以“领袖人格”作保证，不作任何书面签字。
经过三方的共同努力，西安事变得到和平解决。张、杨两将军因领导和解决了西安事变，“有功于抗日事业”，而成为“千古功臣”。
蒋介石准备回南京，但是，东北军和西北军的高级将领不相信蒋介石的诺言，于２５日联名给宋子文写了五封信，说商定的条件必须有蒋介石的签字，“中央军”必须首先撤至潼关以东才能放蒋，否则虽然张、杨答应了，大家也誓死反对。蒋介石看到这封信大惊失色，立即派宋子文去见张学良，宋恳求尽快放蒋离陕，宋子文要求蒋介石答应不对张、杨二位将军予以处罚，为了尽快回南京，蒋当着宋子文和张学良的面，承诺不给以处罚，还要给东北军军费８０００万元。这天下午，张为防意外，决定立即放蒋，他还决定亲自陪蒋回南京。杨虎城虽不同意，但他一向尊重张学良，不便反对，和张一起去机常和蒋。蒋介石在西安机场见到有两千多人齐集在那里，急忙对张、杨说：“我答应你们的条件，我以领袖的人格保证实现，你们放心。假如以后不能实现，你们可以不承认我是你们的领袖。”接着他重申了一遍所答应的６项条件。他还说：“今天以前发生内战，你们负责；今天以后发生内战，我负责。今后我绝不剿共。我有错，我承认！你们有错，你们亦须承认。”同行的宋子文一拍胸脯，说：“如果委员长不兑现，你就找我，我也做担保。”
蒋介石在张学良陪同下乘飞机离开西安，在洛阳过了一个圣诞之夜后，于１月２６日回到南京。他要陈布雷赶快杜撰了一篇《训词》，于２７日发表，而假称是２４日在西安对张、杨当面讲的。《训词》中竟然说：这次事变得以如此结局，是由于张、杨“勇于改过”，是张、杨之“人格与精神，能受余此次精神之感召”。随后，他声称要引咎自请处分，并请免去本兼各职。国民政府和国民党中央表示慰留，给假１个月。他返回奉化老家养伤，在回溪口时，把张学良同机押解到溪口，软禁起来。他还命陈布雷执笔为自己撰写了《西安半月记》。
此时的蒋介石，已把“领袖人格保证”抛到九霄云外了，他将张学良软禁起来。蒋介石派人示意张应写请罪书，张无奈，写了一封给蒋的信，说“愿领受钧座之责罪”。蒋介石将此信交给国民政府军事委员会，接着组成高等军事法庭会审张学良，以“首谋伙党，对于上官为暴徒胁迫”的罪名，判处有期徒刑１０年，褫夺公民权５年。蒋介石为表示“宽大”，具呈国民政府请予“特赦”，并请责令张“戴罪图功，努力自赎”。结果，张学良被“交军事委员会予以管束”，从此失去了自由。
东北军代表米春霖和西北军代