李克農等2月25日到達洛川。先同王以哲談判，達成紅軍與六十七軍共同抗日的口頭協定。確定互不侵犯，各守原防的原則，商定恢複公路上的交通運輸及經濟通商，六十七軍可向當地蘇區群眾采購糧秣，恢複紅白區之間通商等事項。據1936年3月5日張聞天、毛澤東、彭德懷、博古、周恩來致紅一方麵軍各軍、中共陝甘、陝北兩省省委負責人電。這就保證了紅軍主力東征以後陝甘根據地的鞏固，後方的安全。
3月4日，張學良架飛機抵達洛川，5日淩晨即同李克農談判，氣氛融洽、坦誠。張學良提出，為什麼共產黨的抗日民族統一戰線不包括蔣介石？他認為現在中國的國家力量幾乎全部掌握在蔣手裏，蔣也有抗日的可能，因此要抗日必須聯蔣。李克農說明了不把蔣列入抗日民族陣線中的理由，並說，如果蔣放棄反共、反人民、不抵抗日本的反動政策，我們是可以考慮的。會談最後，張學良提出，請中共在毛、彭、周、博中選一位來膚施，與他共商抗日大計，時間由中共方麵確定。關於張學良提出請中共派一負責人同他再次會談一事，沒有異議。但對他提的名單，諸說不一。張學良致蔣介石回憶西安事變的長函中說是在毛、周中選一人。四人擇一說據《西安事變簡史》，中國文史出版社1986年版，第6頁。張聞天等3月5日當天即收到李克農關於會談情況的報告，隨即複電慰勉，並要李克農等到山西石樓前線當麵彙報。
3月16日，洛、毛、周、彭等在山西石樓前線聽取了李克農洛川會談詳細經過的彙報，認真研究了張學良的意見和要求，即決定派周恩來為全權代表，到膚施同張學良談判。據1936年3月16日彭德懷、毛澤東致王以哲電。因張學良生病，談判推遲進行。
在周恩來與張學良會談之前，張聞天於4月5日在瓦窯堡召集了一次常委會，商討同東北軍聯合抗日等問題。針對當時蔣介石下令張學良進攻陝甘根據地的新情況，張聞天指出，同東北軍、張學良聯合的方針不變。他說，張學良若向蘇區前進，我們還是要加強對他的聯合工作。同時加強我們的武裝力量，規定恰當的宣傳口號，開展爭取東北軍下層士兵的活動。
4月7日，周恩來由李克農陪同從瓦窯堡啟程前往膚施。原定談判於8日晚8時開始舉行，因膚施地區大雨、大雪而推遲。4月9日膚施地區天氣晴朗，張學良自駕飛機前來。陪同者有六十七軍軍長王以哲和上海中共黨組織派去的代表劉鼎。周恩來等晚8時入城，當即與張學良、王以哲在城內天主堂作徹夜長談，直到第二天淩晨才結束。張學良完全同意“停止內戰，一致抗日”；認識到要抗日隻有以國防政府、抗日聯軍為出路，他願醞釀此事；對十大政綱，表示待研究後再提出意見；對蔣，張認為蔣是在歧路上，部下有分化，但他“反蔣做不到”，在公開抗日之先不能不受蔣令進占蘇區，再不進兵無以回答蔣；希望共產黨方麵派有政治頭腦而色彩不濃的人到他那裏做事、活動。據1936年4月10日周恩來致洛、毛、彭電。周恩來後來談起這次會晤的感觸，說：我從那次接觸中，感到漢卿是一個痛快漢子，敢於作自我批評。那次漢卿還給我們部隊送了三萬法幣。據《周恩來年譜（1949-1976）》（中卷），中央文獻出版社1997年版，第421頁。
4月10日，張聞天就收到周恩來發來的關於會談情況的電報。4月13日，周恩來回到瓦窯堡。張聞天立即召開常委會議，聽取周恩來關於膚施會談的詳細報告。會議決定派一批幹部加強對東北軍的工作，派劉鼎到張學良處繼續談判，“做事活動”；派白堅駐張學良處任聯絡員；命李克農與王以哲保持密切關係；等等。還決定在膚施、宜川、洛川、茶店子、西安建立中共與白區的交通機關。鑒於張學良不能不執行蔣進犯蘇區的命令，會議決定在關中加強軍事力量，作出相應部署，並加緊抗日宣傳，爭取東北軍不打紅軍。
張聞天根據這次常委會精神，具體指導了陝甘省委和白區工作部對東北軍的工作。張聞天分析了張學良與蔣介石嫡係之間的矛盾，看到：東北軍若向蘇區推進，蔣的嫡係部隊就可趁機跟隨進入東北軍的防區，且將東北軍同紅軍一起圈在裏麵。張聞天電示朱理治、蕭勁光抓住這一矛盾，向張學良方麵“要切實的善意的解釋，東北軍如果現在不反對蔣介石的命令，向蘇區推進，構築封鎖線，對於東北軍是極不利的”。1936年4月26日張聞天致朱理治、蕭勁光電。據《張聞天年譜》（上卷），中共黨史出版社2000年版，第316頁。以此削弱與阻扼他們向蘇區的進攻。再者，當時我方對東北軍的做法是“暗中協商，明則敵對”。其結果是同上級軍官“和”，同下級軍官與士兵“打”。對東北軍上級軍官有利而對我方則不利。張聞天又及時電示張浩、朱理治：“現在所要改變的即是把這種協商的方法一直推行到中下級軍官、士兵中去”。1936年4月26日張聞天致朱理治轉張浩電。據《張聞天年譜》（上卷），中共黨史出版社2000年版，第316頁。