在潘汉年作为中共中央联络人赴南京谈判后，国共双方其他联络途径便终止了，潘汉年这条线便成为国共两党联络的惟一途径。
     潘汉年也认为必须去一趟陕北。他先到上海，找到了从陕北回来不久的冯雪峰，寻求去陕北的交通渠道。冯雪峰还推荐了刘鼎为潘汉年具体安排行程。刘鼎是潘汉年早年在上海特科时的助手，后来任中共驻张学良处代表。此时，张学良正巧也在上海。刘鼎就安排潘汉年与张学良会面。潘汉年向张学良介绍了国际反法西斯形势和《八一宣言》的内容，张学良很高兴。在张学良的安排下，潘汉年于8月9日顺利地回到了陕北。
     潘汉年抵达中共中央当时所在地保安的当晚，张闻天就迫不及待地与他彻夜长谈，了解共产国际的最新情况。潘汉年向他汇报了这一年半来的详细情况。几天后，他也向毛泽东、周恩来等中央领导作了详细汇报，并将新密码交给了中共中央秘书处负责人邓颖超。
     8月10日，中共中央在保安召开政治局会议，专门研究新形势下国共两党关系，调整对蒋政策。潘汉年列席了会议。会议同意以后不提“抗日反蒋”的口号，要“逼蒋抗日”。8月25日，中共中央发出《中国共产党致中国国民党书》，直接呼吁“立即停止内战，组织全国的抗日统一战线”，提出实行国共合作，“开始具体实际的谈判”。这是第一份公开阐明中国共产党主张第二次国共合作的正式文件，在两党合作历史上有重要意义。9月1日，中共中央书记处向全党发出了《关于逼蒋抗日问题的指示》，指出：“在日本帝国主义继续进攻、全国民族革命运动继续发展的条件下，国民党中央军全部或其大部有参加抗日的可能，我们的总方针应是逼蒋抗日。”在后来发生的“西安事变”中，中共中央主张和平解决，实际上就是这个方针的继续与发展。
     参加完中共中央政治局扩大会议后，潘汉年奉命前往东北军张学良部做统战工作。8月下旬，潘汉年在西安秘密会见了张学良，商谈了国内形势和西北形势，并讨论了东北军与红军进一步合作的具体事宜。潘汉年还秘密会见了杨虎城，向杨虎城转达了毛泽东对杨将军和十七路军的希望，重申了红军愿与杨部联合抗日的意见。
     不久，毛泽东、周恩来又将与国民党谈判的重任交给了潘汉年。8月25日和26日，毛泽东两次亲自致电潘汉年，“同南京进行具体的进一步的谈判，以期在短期内成立统一战线，这是我们进行整个统一战线的重心”；“因为南京已开始了切实转变，我们政策重心在联蒋抗日”；“现急需兄去南京并带亲笔信与密码去”，希望潘汉年七日内“取道肤施”回陕北，“接受新的方针”。
     9月上旬，潘汉年返回保安。9月15日到18日，中共中央召开政治局扩大会议，研究抗日民族统一战线问题，潘汉年出席了会议。9月24日，他携带着《中国共产党致中国国民党书》、《国共两党抗日救国协定草案》以及毛泽东致宋庆龄和致章乃器、陶行知、沈钧儒、邹韬奋四人的亲笔信，周恩来致陈果夫、陈立夫的亲笔信，离开保安前往西安，再转赴南京。临行前，中共中央还委任潘汉年另外一职务--中共驻上海办事处主任，冯学峰为副主任。
    在潘汉年作为中共中央联络人赴南京谈判后，国共双方其他联络途径终止了，潘汉年这条线便成为国共两党联络的惟一途径。
     10月2日，潘汉年和负责与张学良谈判军事问题的叶剑英一起抵达西安。10月4日和6日，他们与张学良举行了两次会谈。潘汉年向张学良传达了中共中央确定的与国民党谈判的方针、条件。因为潘汉年迟迟未到南京，张冲等待不及，竟然亲自跑到西安来见潘汉年。潘汉年便将中共中央的态度告诉了张冲，张冲这才放心返回南京。
     10月14日，中共中央将潘汉年代表的资格提升，不再是“联络的代表”，而是正式任命潘汉年为中共谈判代表。同日，潘汉年乘火车赴南京。抵达南京后，张冲接待了他。潘汉年把中共中央致国民党方面的有关信件交给了张冲，由他代转陈立夫。然后，潘汉年直赴上海，以中共驻上海办事处主任的身份开展活动，把毛泽东致宋庆龄和沈钧儒、章乃器、陶行知、邹韬奋等人的信交给他们。
     11月10日，潘汉年和陈立夫在上海沧州饭店进行了正式会谈。潘汉年扼要地陈述了中共中央关于国共合作谈判的条件。陈立夫表示，他是代表蒋介石来的。针对中共合作谈判的条款，陈立夫一一作了答复：第一，既愿开诚合作，就不好有任何条件；第二，对立的政权与军队必须取消；第三，目前可保留3000人之军队，师以上领袖一律解职出洋，半年后找回按材录用，党内与政府干部可按材适当分配南京政府各机关工作；第四，如果按上述处置，则你们所提各项政治要求都好办。