12月22日，宋子文、宋美龄一道飞抵西安（端纳已于20日抵达西安，并与张学良进行了会谈）。12月23到24日，南京代表宋子文、宋美龄，西安代表张学良、杨虎城、周恩来等人就周恩来提出的中共和红军的六项主张进行谈判，最终达成协议。蒋介石口头答应，以领袖“人格”作保证，但不签字。“西安事变”得到了和平解决。
     12月25日，张学良送蒋介石回南京。但蒋介石一回到南京，就自食其言，将张学良扣留，送交军事法庭审判。同时，蒋介石还派重兵逼近西安，准备讨伐张杨所部。群龙无首的东北军内部顿时分化，主战派和主和派斗争激烈。
    “西安事变”后，潘汉年在南京、上海、陕北间奔走，为第二次国共合作的实现，做出了独特的贡献。
     为缓和紧张形势，中共中央希望在南京的潘汉年能够将中共中央的意见及时地转达南京方面。1937年1月1日，毛泽东和周恩来致电潘汉年，指出：西安事变和平解决，极于国事有利，但闻亲日派极力阻碍蒋介石新政策的实施，不执行撤兵命令，企图重新挑起内战，将给民族国家以极大损害。“共产党与红军坚决站在和平解决国事之立场上，赞助一切有利于救亡图存之改革，愿与陈立夫、宋子文、孙哲生（即孙科）、冯焕章（即冯玉祥）各方面商洽团结一致挽救危局之方法。盖今日一切有良心的人，均应团结起来，制裁亲日派之祸国阴谋。望此方针，速与陈立夫先生接洽。”1月4日，中共中央书记处致电潘汉年：“南京采取报复政策，不但有损于国民党及蒋介石的地位，而且不利于西北善后问题的解决。正当解决的办法是撤兵释张。”1月5日，张闻天、毛泽东致电潘汉年，向他通报了周恩来在西安与宋子文及蒋介石商定的六项条件，并指示他应迅速找到宋子文弄清南京近日之变化，并要宋子文履行上述诺言。1月15日，张闻天致电潘汉年，要他想办法做李宗仁、白崇禧的工作，促进和平解决“西安事变”的进程；并要求潘汉年通过杜重远向熊式辉探听何应钦等亲日派目前的行动方针，以便决定对策。
     为完成上述任务，潘汉年找到陈立夫，将中共中央的意见告诉了他，敦促国民党方面履行诺言，兑现蒋介石、宋子文在西安与周恩来商定的各项条件。潘汉年还约见了宋子文，要其实现当初在西安所做的各项保证。潘汉年还派人去孙科、冯玉祥处活动，请杜重远、叶挺设法弄清何应钦等亲日派的动向。
     1月21日，毛泽东和周恩来联名致电潘汉年，要求他让蒋介石作出以下保证：“保证和平解决后不再有战争；不执行‘剿共’政策，并保证红军最低限度的给养；暂时容许一部红军在陕南驻扎；令马步芳停止进攻河西红军；为使红军干部确信蒋之停止‘剿共’、指定防地与发给经费，要求蒋亲笔答复周恩来一信。”1月22日，毛泽东和周恩来再次致电潘汉年，要求蒋介石给“我们来亲笔信，信内说明停止‘剿共’，一致抗日，再则指定驻地与允许按月发给经费。”1月25、26日、27日、29日和2月4日，毛泽东和周恩来都就西路军、东北军等问题致电潘汉年，要求其向蒋介石转达中共中央的态度。周恩来在1月28日和2月25日，还单独致电潘汉年，要他要求蒋介石允许张学良回西安，向东北军将领训话，以安东北军之心；并要求潘汉年恢复同邓文仪的联系。在这一时期，中共同南京国民党当局联络的惟一途径，就是通过潘汉年来沟通。这也反映了潘汉年在这一时期国共联系方面所发挥的重要作用。
     1937年2月上旬，国民党中央联络代表张冲找到潘汉年，请潘汉年陪同他去西安，进一步商量国共谈判事宜和顾祝同与周恩来谈判问题。这时，国民党内有人放出口风：“淮南（张冲的字）过于冒险，这样的事干好了千好万好，如果做不好会成为千古罪人。”张冲听后泰然处之，他说：“调查科的任务就是对付共产党，但事至今日，我深切认识到国共合则兴，不合则亡。我自受命以来，夙夜忧惧，将尽我职责，争取停止内战，一致对外。至于个人功罪，在所不计。”顾祝同在“西安事变”后担任西安行营主任兼第一集团军总司令，处理“西安事变”的善后事宜。因为西安局势不稳，顾祝同便先留在洛阳处理事务。潘汉年和张冲先到洛阳，会见了顾祝同和顾的助手贺衷寒。应顾祝同的要求，潘汉年先去了趟西安。在得到张、杨所部安全保证的前提下，顾祝同于2月9日抵达西安。2月12日，张闻天、毛泽东致电周恩来，在同意周恩来关于谈判的原则后，特意交代要将关于谈判的各项事宜告诉潘汉年。
     潘汉年将顾祝同引见给周恩来后返回上海。由于贺衷寒的干扰（按：也有人认为是蒋介石指使贺衷寒横生枝节），周恩来与顾祝同的谈判没有取得任何成效。周恩来向顾祝同申明：“西安无可再谈，要求见蒋解决。”
     这时，蒋介石迫于各方面的压力，被迫停止了对西安的进攻。1937年2月10日，中共中央给即将召开的国民党五届三中全会发去电报，向国民党提出了著名的“五项要求”和“四项保证”：（一）停止一切内战，集中国力，一致对外；（二）言论、集会、结社之自由，释放一切政治犯；（三）召集各党、各派、各界、各军的代表会议，集中全国人才，共同救国；（四）迅速完成对日抗战之一切准备工作；（五）改善人民的生活。“电文明确表示，如果国民党三中全会将这五项要求定为国策，中国共产党为了达到全国一致抗日的目的，愿意作出如下四项保证：”（一）在全国范围内停止推翻国民政府之武装暴动方针；（二）苏维埃政府改名为中华民国特区政府，红军改名为国民革命军，直接受南京中央政府与军事委员会之指导；（三）在特区政府区域内实行普选的彻底的民主制度；（四）停止没收地主土地之政策，坚决执行抗日民族统一战线之共同纲领。“