宋子文抵达西安后，立刻见到了蒋介石，并转交了宋美龄的信，并向张学良承诺尽快让宋美龄到西安进行谈判。12月22日宋美龄在宋子文、戴笠、端纳的陪同下飞往西安。宋美龄在张公馆稍作停留，痛诉张学良后前往高桂滋公馆，见到了被扣押数日的蒋介石，两人热泪盈眶。当日晚宋美龄同周恩来彻夜谈判，以求尽快解决事变带来的危机；并决定次日与张学良、杨虎城等进行三方会谈。与此同时，陕北的窑洞里贺子珍为毛泽东产下一名女婴。

12月23日至24日，张学良、杨虎城、宋美龄、周恩来等人在张学良公馆进行正式谈判，谈判达成改组南京政府、释放七君子等五项协议，但蒋介石仍未在协议上签字。圣诞前夜，周恩来提出要求要面见蒋介石，宋美龄答应了这个请求，安排了蒋介石与周恩来之间十年后的重逢。东北军、西北军的下级军官得知张学良在蒋介石未签订协议的情况下答应放蒋介石离开，毅然向张、杨二人发难，要求蒋介石必须签字。为了不再生事端，张学良决定圣诞当日下午离开西安，虽遇到孙铭九等人极力阻拦，但仍坚持亲自护送蒋介石返回南京。

孙铭九阻止张学良未果，继而前去通知周恩来，载着周恩来前往机场。到达机场时，只剩杨虎城一人，周恩来悔之晚矣。张公馆管家老吴认定张学良此去无返，而赵一荻还盼有一丝希望。12月26日抵达南京的蒋介石宴请了张学良，并迫使张学良写下了请罪书，并暗中通知最高法院院长居正即刻审判张学良。张学良被军事法院判处有期通行十年，宣判两小时后，蒋介石便特发赦免书，并将张学良软禁起来。宋美龄、宋子文对蒋介石不守信用的做法非常失望，端纳也向蒋介石辞行归国。人们终于在冰层下找到了赵文青和钟本鸣的遗体，杨虎城一家前往冰湖追悼。徐世良也如愿参军，柳叶儿跟随刘鼎加入共产党。

国民党五届三中全会召开，国共第二次合作初步形成。在中国共产党倡导的以国共合作为基础的抗日民族统一战线的旗帜下，投入了全国抗战。

杨虎城应蒋介石命，出国考察，后被杀害于重庆歌乐山。张学良一直被蒋介石软禁55年。