就在紅軍佔領延安之後，周恩來一行在17日清早趕往延安城南兩道川，打算從那裡前往甘泉——張學良有部隊駐紮甘泉，可以派汽車送他們去西安。
正在這時，空中響起了飛機的轟鳴聲！周恩來大喜，急忙回頭，重返延安。
那架飛機，便是張學良的「波鷹」專機，由一位美國飛行員駕駛。機艙裡的乘客只有一個，那便是張學良的「秘書」、中共黨員劉鼎。
飛機在機場降落。這時紅軍雖已進城，但機場仍在民團控制之中。飛機一降落，民團人員便跑了過來，見是張學良的專機，也就沒有盤問。
過了半個小時，說是縣長來了。那縣長叫高錦尚，是國民黨任命的膚施縣縣長。劉鼎對他說是去綏德辦事，也就應付過去了。
劉鼎心急似焚，一小時過去了，還未見周恩來的影子！飛行員說，要關掉一個發動機，以節省汽油，這麼長久等下去不行。
正在這時，民團紛紛逃散，說是紅軍來了。沒一會兒，一隊兵馬風馳電掣而來。劉鼎一瞧，為首者一臉黑鬚，正是周恩來！
於是，眾人七手八腳忙著卸貨，機艙裡裝載著張學良送給紅軍的彈藥。
張學良的專機，可坐二十人。實際上，上機二十二人——行李艙空著，有兩人坐在那裡。
飛機終於起飛了。一路上，周恩來細心傾聽著劉鼎報告西安事變的詳情，特別是詢問了蔣介石的情況……當劉鼎說及張學良在派兵扣蔣時，再三關照抓活的，周恩來非常注意這一細節，因為這表明張學良從一開始就無殺蔣之意，而只是著眼於逼蔣抗日。周恩來此前身在保安，所知情況限於幾份電報，頗為閉塞，劉鼎的匯報使他對西安的事態有了第一手的瞭解。
飛機抵達西安，已是下午。周恩來一行下了飛機，上了汽車，便直奔城內金家巷張公館。
這時，周恩來忽地對劉鼎說：「最好先找個地方落腳。」
幸虧劉鼎對西安已是人熟地熟，他急令司機駛往金家巷不遠處一座跟孫銘九家同一排的房子。那是中共地下黨員塗作潮的住處。前文已經提及，塗作潮原在上海中共特科工作，劉鼎請他來西安，在七賢莊一號地下室設立了秘密電台。
周恩來進入塗家，要把又濃又長的鬍子刮去。用刀片，哪裡刮得動！又找來剪刀，那剪刀也不好使。好不容易，總算剪掉了長髯。這時，已不斷有人來催：「副司令在等！」
周恩來來到金家巷張公館，張學良已在門口恭候。張學良見了周恩來的頭一句話便是：「美髯公，你的鬍子哪裡去了？」張學良左右皆驚，悄然私議：「副司令什麼時候跟周恩來見過面？」
其實，周恩來除了1936年4月9日在膚施天主教堂和張學良作了徹夜長談之外，又在5月12日赴膚施會晤他，所以這一回是跟張學良第三次見面了。
張學良在4月22日曾致函周恩來，說及第一次晤面，「坐談竟夜，快慰生平」，「感服先生肝膽照人」。正因為這樣，張學良對於周恩來的來臨，企盼已久。
張學良和周恩來馬上開始長談。雖說張學良擔心周恩來旅途疲憊，而周恩來雙眼炯炯，連聲說冒雪趕來便是為了當面深談。張學良在發動西安事變之後，面對錯綜複雜的形勢，正感到「束手彷徨，問策無人」，而周恩來資深智廣，恰恰是張學良最需要的策劃人。
周、張會談，一開始，周恩來便盛讚了張、楊發動西安事變的壯舉，緊接著，雙方的話題切入關鍵性問題，即如何處置蔣介石。周恩來不發話，先是傾聽張學良的見解。張學良說道：「據我看，爭取蔣抗日，現在最有可能。只要蔣答應停止內戰，一致抗日，應該放蔣，並擁護他做全國抗日的領袖。」
周恩來讚賞張學良之見解，卻出乎意料地說：「西安事變是震驚中外的大事，但多少帶有『軍事陰謀』性質。」
張學良一聽，頗為不悅：「我為公不為私，怎麼是陰謀？」
周恩來微笑著作了解釋：「扣蔣出其不意，乘其不備，不同於十月革命時擒沙皇尼古拉，也不同於滑鐵盧戰役擒拿破侖。蔣介石的軍事實力原封不動，西安方面與南京政府已經處於對立地位，因此，對蔣介石的處置要十分慎重。」
周恩來接著進行分析：「如張將軍所言，如能說服蔣介石停止內戰，一致抗日，中國就會有一個好的前途；倘若宣佈他的罪狀，交付人民審判，最後把他殺掉，不僅不能停止內戰，而且給日軍滅亡中國提供了便利條件。」
周恩來的後一段話，是因為他聽劉鼎說及，張學良16日在西安群眾大會上曾宣稱，如果蔣介石拒不談抗日問題，他將公佈蔣介石在「九一八事變」時給他的不抵抗電文，把蔣交給人民審判！
這樣，周恩來和張學良經過商談，定下了和平解決西安事變的決心。二十多年後，張學良曾憶及這次會談：「周至此時，儼然為西安之謀主矣！」
會談結束後，周恩來便下榻於金家巷張公館。張住西邊那幢樓，周恩來及其隨行人員住東邊一幢樓。
當天深夜，周恩來便致電「毛並中央」，報告：「我率羅、杜（引者註：指羅瑞卿、杜理卿）等九人今乘機抵西安，即與張面談，並住張公館。」
周恩來談及處置蔣介石的意見：「在策略上答應保蔣安全是可以的，但聲明如南京兵挑起內戰，則蔣安全無望。」
電報中，周恩來報告了他與張學良商定的五項條件，因為宋子文即將來西安談判，將以這五項為談判條件：
一、停止內戰，中央軍全部開出潼關。
二、下令全國援綏抗戰。
三、宋子文負責成立南京過渡政府，肅清一切親日派。
四、成立抗日聯軍。
五、釋放政治犯，實現民主，武裝群眾，開救國會議，先在西安開籌備會。
毛澤東在保安窯洞中，焦急地等待著西安的消息。他一連數次詢問周恩來的電報來了沒有。接到周恩來這封電報，毛澤東舒了一口氣。