對蔣介石如何處置？西安又該向何處去？張學良、楊虎城盼望著周恩來的到來。就在這種錯綜複雜的形勢下，12月17日，周恩來率領中共代表團從延安乘坐張學良的波音飛機，來到西安。
周恩來向張學良轉達中共中央對西安事變的處理意見是：西安事變是震驚中外的大事，蔣雖然被扣留，但他的實力原封不動，西安已經與南京處在對立的位置。因此，對蔣的處置要十分慎重。周恩來要張學良力爭說服蔣介石，隻要他答應停止內戰、一致抗日的條件，就釋放他回去。
張學良對中國共產黨不計黨派的曆史恩怨，一切從民族利益出發的偉大胸懷，對周恩來精辟、透徹的分析甚為欽佩，受到鼓舞，更增強了他逼蔣抗日的信心。
南京方麵得到蔣介石停戰手令和蔣鼎文麵談情況後，對停戰期滿後是否延長和宋子文可否赴陝兩個問題，內部爭議很大，鬥爭激烈。主戰派認為如果19日下午6時蔣介石仍不能獲釋，即進行軍事討伐；宋子文有官方身份，他去西安與“叛逆者”談判，有違國家“綱紀”。宋美齡、孔祥熙等主和派則認為南京與西安之間和平大門已打開，應延長停戰時間，宋子文力排眾議，表示將以私人身份去西安。
19日下午，孔祥熙在其寓所召集會議就上述問題進行討論，出席會議的有孫科、居正、何應欽、宋子文、宋美齡、葉楚傖、王寵惠等，經過激烈爭論，會議決議兩項：
準許宋子文以私人資格即日飛赴西安，營救蔣公；準許至12月22日前暫行停止轟炸，但張、楊部隊在此期間不得向南移動。
19日下午，宋子文乘飛機離開南京，同行的有他的兩名秘書和與楊虎城關係密切的十七路軍高級參議郭增愷。當夜，宿洛陽。20日上午10時，宋子文一行飛抵西安。宋美齡當時是準備同機赴陝的，但是南京的中央大員堅決勸阻，很多人告訴她，如果留在南京，可以在蔣介石獲釋前勸止中央軍的進攻。宋美齡便決定留下，如果宋子文三日不返，那此將不顧一切去西安與蔣同生死。
張學良、端納陪同宋子文去見蔣介石，蔣介石沒想到宋子文來，情緒激動。當看到宋美齡信中說：“如子文三日內不回京，則必來與君共生死”時，蔣介石哭了，一再叮囑宋子文不要讓宋美齡來。蔣告訴宋說，隻有加緊軍事進攻他才能脫險，並將軍事進攻的方略單獨告訴了宋子文。
和宋子文來陝的郭增愷在見楊虎城後，向宋子文轉達楊虎城的口信：“兵諫是要蔣介石停止內戰，領導抗日，不會殺害他。”並建議宋子文會見已來西安的周恩來。宋子文聽說周恩來已來，驚愕地說：“周恩來一來，事情就難辦了。”宋子文害怕被何應欽抓住對他不利的把柄，不敢單獨見周恩來，就委托郭增愷與周恩來會麵。
郭增愷專門拜訪了周恩來，說宋子文同情西安的政治主張，因為他早認為：“共產黨不是武力所能消滅的，蔣介石想用武力滅共才有今天。”
周恩來要郭增愷說服宋子文同意與他麵談，並請郭轉告宋：這次事變中共未曾參與，對事變主張和平解決，這是中共團結抗日方針的繼續，望宋認清形勢，權衡利害，勸說蔣介石改變政策，為國家做出貢獻。並說：“隻要蔣先生抗日，共產黨當全力以赴，並號召全國擁護國民政府，結成抗日統一戰線。”宋子文聽後大感意外，對中共的方針和態度十分讚賞。
至此，宋子文弄清了西安三方的態度，又親眼看到蔣介石是安全的，這些都進一步鼓舞了他製止新的內戰爆發和力求和平解決事變的信心和勇氣。第二天，他便匆忙飛回南京報告，並稱讚周恩來，說：“南京有誰能承擔這樣的風險營救蔣介石？相反，有人還要轟炸。”很煞了一下主戰派何應欽的氣焰。
2．勸張學良放走蔣介石
宋美齡得知西安情況，覺得和平解決事變的曙光已出現，她備受鼓舞，決心飛到西安去，最後完成救蔣任務。正如她後來回憶的：
當時餘對西安事變已具一種感想，譬之造屋，端納既奠其基，子文已樹柱壁，至上梁蓋頂，完成之工作，實為餘無可旁貸之責任矣。
21日，在孔祥熙等人的支持下，宋美齡決定次日和宋子文同去西安，進行麵對麵的和平談製。因蔣鼎文與何應欽關係較深，也同去。
宋氏兄妹一行22日飛抵洛陽中途停留，宋美齡看到機場轟炸機排列待發，一派戰爭氣氛。她嚴令各將領：“未得委員長命令，切勿派飛機飛近西安。”當飛機臨近西安上空時，宋美齡從提包裏取出一把左輪手槍，遞給端納說：“端納先生，如果叛軍亂兵失去控製，把我們也扣住之時，你要毫不猶豫地用它把我打死。”
下午4時，他們的飛機降落在西安機場。出乎宋美齡意料的是，他們一下飛機，就受到張學良和楊虎城的熱情歡迎，仿佛什麼事也沒有發生。宋美齡在日後回憶當時情景：