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麵深談。張學良在發動西安事變之後，麵對錯綜複雜的形勢，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。隻要蔣答應停止內戰，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，西安方麵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；倘若宣布他的罪狀，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，他將公布蔣介石在“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（引者注：指羅瑞卿、杜理卿）等九人今乘機抵西安，即與張麵談，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。