聶榮臻與張東蓀和周北峰分別會談後，立即將會談情況向中央軍委作了彙報，請示談判方針。毛澤東收到林彪、聶榮臻的電報後，經過反複研究，於1月9日淩晨2時，以中央軍委名義致電林、聶：“（一）因為傅作義派人出來談判，具有欺騙人民的作用，並有張東蓀在場，故我們應注意運用策略。你們應回答如下幾點：（甲）平津塘綏均應解決，但塘綏人民困難尚小，平津人民困難甚大，兩軍對峙，軍民糧食均有極大困難，故應迅速解決平津問題。（乙）為避免平津遭受破壞起見，人民解放軍方麵可照傅方代表提議，傅方軍隊調出平津兩城，遵照人民解放軍命令開赴指定地點，用整編方式根據人民解放軍的製度改編為人民解放軍，並由雙方代表於3日內規定具體辦法，於1月12日下午1點開始實施。平津兩處辦理完畢後，即可照此辦法解決塘綏問題。（丙）政府中有進步人士。平津報紙不隻中共一家，是中共民主綱領中原來就有的，故不成問題。（二）估計傅作義對於乙項是不能實行的。如果他能實行將軍隊開出城外，我們亦有辦法將其繳械，故可大膽答應傅方提議，表示仁至義盡，你們即應與周北峰討論實行此條的具體辦法，例如軍隊出城所取道路、駐地及其他事項，逼傅在12日開始實行，使張東蓀看了認為我方寬宏大量，完全是為保全平津人民的生命財產而出此。（三）對於要傅開口子、扣軍官，實行裏應外合這一點，現在不要提，待攻克天津後再說。（四）如張東蓀不願久待，即可派車送他來中央所在地，並派人妥為照料。”
1月9日上午9時，雙方進行正式談判。周北峰首先代表傅作義提出了和談條件：（1）平津塘綏問題一齊解決；（2）傅作義所屬部隊以團為單位出城整編；（3）對於新保安、張家口、懷來作戰中被俘的人員一律釋放，不作戰俘對待；（4）文職人員都吸收到新的工作單位繼續工作，對傅的軍隊、行政、文教等人員予以安排，給予生活出路；（5）政治民主、經濟平等、言論和信仰自由，《平明日報》繼續發行；（6）對傅作義的所屬軍政人員已往罪過不要追問。
周北峰提出這六項條件，表明傅作義已經開始與中共進行真誠的談判。雙方的談判開始進入實質性會談階段。
林彪根據中央軍委的指示，提出了中共方麵的談判條件，作為對傅作義方麵條件的答複：“（1）所有軍隊一律解放軍化，所有地方一律解放區化，即把傅作義軍隊調出平津兩城，遵照人民解放軍的命令開赴指定地點，用整編方式改編為人民解放軍；（2）隻要傅作義讓解放軍和平接收平津，允許傅部編一個軍，對傅作義不作戰犯看待，在政治上給他一定的地位，並允許保存私人財產；（3）對張家口、新保安、懷來戰役被俘人員可以一律釋放，對傅部的起義人員一律不咎既往，凡願繼續工作的都可以留下來安排適當的工作，不願工作而要還鄉的人員，都可以資遣，並發給資遣證明書，令其返鄉，並囑咐地方政府，對其返鄉後也不予歧視。”聶榮臻分析了當前形勢和平津戰局後也說：“傅先生除了放下武器，把文化古都北平和工業城市天津保全下來，為人民做些好事外，別的再無出路，希望傅先生早下決心，當機立斷！”
張東蓀聽後，非常高興，連聲稱讚：“把駐守平津的國民黨軍隊全部調出城外，開到指定地點，按照解放軍編製、製度，改編為人民解放軍，這個辦法好，傅先生一定能接受。”
由於談判雙方都有誠意，意見也基本一致，談判暫行休會。張東蓀後來在談起這次會談的印象時說：聶榮臻非常親熱，但並沒有多少實質性的話；林彪則一直鐵青著臉，神色冷峻，一條一條地摳協議條文，直到談判都結束了，他的臉色才緩和下來。
10日上午，雙方就軍隊如何改編、城市如何接管、人員如何安排等具體細節問題，又進行了一次會談磋商，並由中共代表蘇靜根據談判內容整理了一個《談判紀要》。林彪、聶榮臻和周北峰都在“紀要”上簽了字，張東蓀卻謝絕在《紀要》上簽字，他說：“我是民盟成員，代表不了傅作義將軍，隻能在你們雙方之間當個調解人和見證人。”當林、聶轉達中央軍委讓他到中共中央所在地會晤毛澤東時，張東蓀表示要先回燕京大學一趟，做些必要的準備，然後再啟程去會晤毛澤東。蘇靜贈送張東蓀和周北峰每人一雙軍靴作為紀念。
對北平和平談判，很多人都盡了力。張東蓀在關鍵時刻出城，不僅打開了雙方和談的僵局，而且也取得了實質性進展。這主要得益於傅作義方麵和中共方麵都有和談的誠意及雙方對他的高度信任。毛澤東事後在頤和園一次會議上當著許多人的麵，樹起大拇指說，北平和平解放，“這是張先生的功勞！”
張東蓀也認為，這是他一生中所做的最得意的一件事情。他曾在1950年自題曰：“餘亦自謂生平著書十餘冊，實不抵此一行也。”
籌備新政協會議，入選中央人民政府