潘汉年立即针锋相对地反驳道：“这是蒋介石先生站在剿共立场上的收编条件，不能说是抗日合作的谈判条件。”陈立夫也知道蒋介石制定的合作政策中共方面很难接受，只好说：“是的，条件很苛刻，谈判恐一时难以成就。无论如何，蒋先生中心意旨，必须先解决军事，其他一切都好办，你我均非军事当局，从旁谈判，也无结果，可否请恩来出来一次？”潘汉年予以婉拒：“如蒋先生无谈判合作之必要，我想他不会出来。”双方僵持不下，谈判一时陷入了僵局。由于双方立场相去甚远，谈判无果而终。
     次日，潘汉年以“小K”的代号，将自己与陈立夫谈判的情况致电毛泽东、张闻天、周恩来、博古等中央政治局常委。根据潘汉年提供的情况，中共中央很快作出了应对。11月22日，毛泽东、张闻天联名致电潘汉年，明确了对国民党谈判的方针：“我只能在保全红军全部组织力量，划定抗日防线的基础上与之谈判……”。
     11月19日，潘汉年与陈立夫进行了第二次谈判。潘汉年坚持国民党应先停止内战，才能再继续谈判的原则。陈立夫则仍旧坚持蒋介石的收编红军的方案，只是将保留红军的人数由3000人增加为3万人，但基本立场未有变化。潘汉年坚持中共中央和毛泽东制定的既定谈判原则：“我们愿以战争求和平，绝对不作无原则的让步”。然后将中共中央提出的国共合作的八项谈判条件交给陈立夫，严正指出：“这是对民族国家最负责任的意见。”
     11月21日，周恩来指挥红军在山城堡地区歼灭胡宗南一个旅又两个团的兵力，显示了红军的力量。11月22日，中共中央致电潘汉年：“恩来事忙，暂难出去”；“迫蒋停止剿共，此是目前抗日统一战线的中心关键。”
     就在潘汉年与陈立夫的谈判陷入僵局时，张冲出来调停，不希望国共谈判停止，认为中共可以对保留军队的数目多要求些，国民党也可以给予中共一定的防地。但潘汉年坚定地说：“我是毛泽东派来谈判合作的，不是来接洽收编的！”在对国民党当局的谈判毫无进展时，潘汉年还与四川的刘湘、广西的李宗仁、十九路军的蒋光鼐、山西的阎锡山等方面的代表广泛联系，宣传中共中央关于国共合作的政治主张，希望他们共同敦促蒋介石联共抗日。
    “西安事变”爆发后，宋美龄通过宋庆龄告诉潘汉年，她和宋子文希望在南京会见他。
     就在潘汉年在南京与国民党方面谈判时，1936年12月12日，震惊中外的“西安事变”发生了，这给陷入僵局的国共谈判带来了转机。汪精卫、何应钦等亲日派极力主张讨伐张学良和杨虎城，这无疑是要置蒋介石于死地。而宋美龄和宋子文等亲美派为了保全蒋介石的性命，极力主张和平解决“西安事变”。宋美龄请宋庆龄出面，帮助自己同共产党方面取得联系。
     中共中央经过讨论，确立了和平解决“西安事变”的方针。12月19日，毛泽东致电在上海的潘汉年：“请向南京接洽和平解决西安事变之可能性，及其最低限度条件，避免亡国惨祸。”12月21日，毛泽东再次致电潘汉年，要他向陈立夫等提出：“目前最大危机是日本与南京及各地亲日派成立联盟，借拥蒋旗帜造成内乱奴化中国。南京及各地左派应迅速行动起来，挽救危局。共产党愿意赞助左派，坚决主张在下列条件基础上成立国内和平，一致对付日本与亲日派。（甲）吸收几个抗日运动之领袖人物加入南京政府，排斥亲日派。（乙）停止军事行动，承认西安之地位。（丙）停止‘剿共’政策，并与红军联合抗日。（丁）保障民主权利，与同情中国抗日运动之国家成立合作关系。（戊）在上述条件有相当保证时，劝告西安恢复蒋介石先生之自由，并赞助他团结全国一致对日。毛 二十一日”
     当周恩来、博古、叶剑英等中共代表团成员在西安斡旋之际，潘汉年作为中共代表也在南京、上海奔走。宋庆龄根据宋美龄的请求，找到了在上海的潘汉年，说宋子文要见他。潘汉年将中共中央的态度告诉了宋庆龄，并请宋庆龄劝说宋子文前往西安。潘汉年还表示，自己愿意去南京会见宋子文和宋美龄。
     在通过宋庆龄与潘汉年联系的同时，宋子文和宋美龄还请张冲出面，赴上海见潘汉年，了解中共中央的态度。事不宜迟，潘汉年匆匆赶往南京。为安全起见，潘汉年住进了宋子文的公馆。潘汉年会见了宋子文和宋美龄，将中共中央的态度告诉了他们。这让一直担心中共会杀蒋介石的宋氏兄妹稍感宽心。潘汉年还提出了一个很好的建议，让与蒋介石和张学良二人关系都很好的澳大利亚籍顾问端纳陪同他们一道去西安。
     国民党CC派对“西安事变”的发生也感到很惶恐，二陈立即命人赴上海找潘汉年，探听事变的內幕和中共的态度。潘汉年表示：中共已派代表赴西安，西安方面正等待南京方面派人去谈判，不会加害蒋介石。他同时说：如陈立夫去西安，自己可陪同前往。到南京后，潘汉年约见了陈立夫，及时地将中共中央关于合作抗日的五项主张告诉了他。