談判結束後，24日晚，蔣介石會晤了他「所不願見者」——周恩來。大抵因為他原本「不願見」，所以在他的《西安半月記》中，一字未提。宋美齡的《西安事變回憶錄》中，也只提及她與「有力分子」周恩來的見面，未提及蔣介石曾會晤周恩來。
然而，蔣介石「懸賞八萬元」的這顆腦袋，竟如此戲劇性地出現在他面前！
過去的文獻，一直是說宋子文、宋美齡陪周恩來去見蔣介石。然而，1990年6月8日，張學良在台北接受日本NHK電視台採訪時，事情真相有了新的突破：
問：蔣介石和周恩來曾在西安會面。當時張先生應該在場的，是嗎？
答：這是尖銳的問題，請不要再問了。我不但在場，而且是我領周恩來去見蔣先生的。
張學良第一次透露了「是我領周恩來去見蔣先生的」。儘管已經事隔半個多世紀，張學良卻依然認為「這是尖銳的問題」。
蔣介石那時被囚在距張公館一箭之遙的高公館。周恩來希望一晤蔣介石，宋氏兄妹事先打了招呼：「委員長這兩天病了，不能多說話。」
當年，蔣介石和周恩來共事於黃埔軍校，一個是校長，一個是政治部主任。自從國共紛爭，蔣介石與周恩來已經十年未曾謀面。
據張令澳作《國共合作秘密使者張沖》一文，寫及1936年6月周恩來、潘漢年曾應張沖之邀秘密赴莫干山與蔣介石會談。張令澳先生曾在蔣介石侍從室工作。1993年3月1日，筆者詢問張令澳先生，文中所記蔣、周1936年6月會晤是否系親睹之事？張先生答系傳聞，那時他尚未到侍從室工作。由於此事迄今未曾在國共雙方有關文獻上查到依據，只能作為一樁傳聞。
周恩來在張學良及「二宋」陪同下，步入蔣介石臥室，蔣介石正臥病在床。蔣介石支起身體，請周恩來坐在床前。廝殺了十年，蔣、周如今晤談於一室，真是不易！
周恩來仍照以前的習慣，稱蔣介石為「校長」，寒暄道：「我們有十年沒見面了，你顯得比從前蒼老些。」
蔣介石點了點頭，說道：「恩來，你是我的部下，你應該聽我的話。」
周恩來頗為機靈，順著蔣介石的話，轉向了正題：「只要校長能夠改變『攘外必先安內』的政策，停止內戰，一致抗日，不但我個人可以聽你的話，就連我們紅軍也可以聽你的指揮。」
這時，宋美齡一聽說及敏感話題，馬上就替蔣介石作了答覆：「以後不剿共了。這次多虧周先生千里迢迢來斡旋，實在感激得很。」
這樣，談話的氣氛變得寬鬆起來。蔣介石也說：「我們再也不打內戰了！」
蔣介石居然還這麼說及：「每次我們之間打仗時，我常想起你。即使在戰爭中，我還記得你曾幫助我工作得很好，我希望我們還能共同工作。」
這麼一來，談話切入正題。雖然張學良1990年對日本NHK記者說，「現在還不能洩露當時蔣介石與周恩來談話的內容」，不過，1980年《周恩來選集》上卷問世，首次公開發表周恩來《關於西安事變的三個電報》，其中倒是寫及了蔣、周會晤的內容：
蔣已病，我見蔣，他表示：
（甲）停止刺共，聯紅抗日，統一中國，受他指揮。
（乙）由宋、宋、張全權代表他與我解決一切（所談如前）。
（丙）他回南京後，我可直接去談判。
這一段周恩來寫於會晤蔣介石後第二天的電文，可以說是關於蔣、周會談的最權威的記錄。
在晤談之中，蔣介石跟周恩來還聊起家常，說及長子蔣經國在蘇聯，並表露出思念之意。周恩來馬上答應，可以與蘇聯方面聯繫，幫助他們父子早日團聚。
蔣經國自1925年赴蘇聯學習，一晃，已經十一個年頭。後來，蔣經國消息杳然，蔣介石曾委託駐蘇大使蔣廷黻查詢，也未知一二。其實，1935年3月，蔣經國已與俄羅斯少女芬娜（後來改用中國名字蔣方良）結婚，年底生長子文倫，即蔣孝文；1936年又生一女，名愛理，即蔣孝璋。那時，蔣經國在蘇聯任烏拉爾重型機械廠副廠長……
聽說蔣介石思念長子，周恩來後來果真幫他與蘇聯聯繫，促成了蔣經國在1937年3月返回中國，與蔣介石團聚。國民政府駐蘇大使蔣廷黻曾這樣回憶：1937年某夜，當我和部屬們閒談時，有人報告我說有客來訪，但於見我本人前，不願透露姓名。當我接見他時，他立即告訴我他是蔣經國。我很高興……
西安事變，使蔣介石遭劫持，不意卻由此引出蔣介石與周恩來的見面，又引出周恩來幫助蔣介石父子團圓的喜劇來！
周恩來富有人情味，極為關心人，這一小插曲曾傳為美談，也是蔣、周會談的意外收穫！
順便提一筆，毛澤東之子毛岸英、毛岸青，卻是經張學良的幫助，由「紅色牧師」董健吾牽線，於1936年6月趁張學良摯友李杜將軍去西歐考察時，從上海帶去，董健吾之子董壽琪同行。他們抵達巴黎後，再轉往蘇聯……