为解决西安问题，1月9日，蒋介石派东北籍人士王化一、吴瀚焘携他和张学良的亲笔信到西安。王、吴当天下午到西安后，即向杨虎城等递交了相关信件，并传达了张的口信。
1月10日晨，杨虎城再次接见王化一、吴瀚焘，对王、吴说：“我不同意张副司令亲自送蒋，自投罗网，但抗日救国的主张，我和张副司令始终是一致的。遵照张副司令意见，停止军事行动。关于张副司令恢复自由，军队改编、待遇、善后诸问题，须双方协商，然后决定。”
10日下午，西安方面与洛阳方面取得联系，前方军事行动停止。11日，祝绍周带着陕甘善后的甲、乙两个方案来到西安。
12日，杨虎城、王以哲、周恩来等人研究南京方面的甲、乙两案及蒋介石10日来信。来信再次说张学良不能回陕。研究后认为，当前的首要问题是争取张学良迅速返回西安；这个问题不解决，其他问题就无从谈起。杨、王、周决定派原十七路军驻南京代表李志刚和东北军代表鲍文樾、“西北剿总”办公厅主任米春霖赴南京进行谈判。
杨虎城对李志刚说：“自从张汉卿送蒋走后，已经半个多月了，在这期间，一切发展都出乎我们的意料。张汉卿原说三五天可以回来，现在不但没有回来，而且遥遥无期。张汉卿不回来，我们的事情很难办。首先是团结问题。东北军内部本来就不够团结，他们与我们之间也不是没有问题。张汉卿能回来，东北军内部有中心，就不会出大问题，东北军与我们的合作也就比较容易。能团结，就有力量。张汉卿不回来，整个团结成问题，我个人实在撑持不了这个局面。所以你这次到南京，第一个问题就是向蒋要求务必让张早日回来，以便进行一切善后工作。不过我以上讲的这些情形，是不能对外讲的，对外讲就是坚决要求张回来，扣张是毫无道理的，讲得愈简单愈有力愈好。第二个问题是要质问蒋：顾祝同统率几十万中央军向潼关以西分路拥进，这是要干什么？是不是还要打内战？谈到这个问题时，态度要强硬一些。可以明白告诉他们，因为蒋不履行诺言，扣留张汉卿不让回来，西安方面东北军和十七路军都群情激愤，团结一致，要同中央拼命。特别是红军也坚决表示与东北军、十七路军采取一致行动。当然，蒋如果真能实行他的诺言，我们一定听他的命令，到那时无论怎样调动军队都可以。现在蒋对自己的诺言既毫无表示，又扣留张汉卿不放，在这种情形下，派几个师开向西安来，我是坚决反对的。第三个问题是要设法看一看蒋和南京方面在政策上有无转变，是否有结束内战和准备抗日的迹象。这一点至关重要。假如经过西安事变，蒋能够把过去先安内然后攘外的错误政策改正过来，那么我们个人就是牺牲了也值得；如果蒋的错误政策仍然继续坚持不改，那么我们这一切就都算白干了。”
李志刚和鲍文樾16日抵南京，17日由南京飞杭州，转乘汽车去奉化。他们一到，蒋立即接见。见面时，蒋因西安事变时腰部受伤，正穿着钢架背心躺在床上接受医生治疗。
李、鲍向蒋转达了东北军、十七路军全体将士希望张学良能早日回西安的强烈请求。蒋说：“我的腰痛，不是我个人的问题，而是国家的问题，是纪律的问题。张汉卿来京以后，承认自己的错误，承认自己读书少、修养差。他现在再三表示要跟着我学修养，跟着我读书。他自己不愿意回去，你们也不要强迫他回去。”谈到派中央军大举向西安进军的问题时，蒋强调西安方面在军事上必须服从他的命令，必须在南京提出的甲、乙两案中择一执行，否则自己是不能容忍的。说到这里，蒋声色俱厉。
当天下午，蒋介石单独召见了李志刚。蒋问李：“你可以讲一讲，他们究竟打算怎样办？”李按照杨虎城的交代讲道：“自从委员长回来以后，答应的问题还没有兑现，又把张先生留住不让回去，并且大量中央军开进潼关，西安方面群情愤激，东北军、十七路军双方团结一致，张先生若不能回去，他们要打仗。”蒋听到这里，由床上翻起身来说：“他们要打仗，要打就打，我还怕他们？我早就准备好了，因为怕糜烂地方，所以未进击。要打的话，我在几天内就可以消灭他们。”李说：“现在陕北和甘宁边区的红军也正向关中开进，打起仗来，恐怕不好。”蒋听了这话，并不正面答复，却转缓语气说：“我并不要打仗，你要告诉虎城，虎城与十七路军是有革命历史的，不能与东北军相提并论。今后东北军即归虎城指挥，陕西省主席即由虎城的部下充任。你回去告诉虎城，只要听我的命令，我答应的话都可以实现。我要亲自写一封信给虎城。”
李志刚等1月20日回到西安，带回了蒋介石和张学良写给杨虎城的信，以及经蒋介石修订的解决陕事方案。
杨虎城在李志刚等到西安后，立即召开了东北军、十七路军高级军政人员会议，由李志刚报告见蒋的情况，当众公开宣读了蒋介石给杨虎城的亲笔信（因李志刚在奉化被蒋单独召见，又带回蒋致杨的亲笔信。杨为表示自己的坦荡，为促进两军团结，故即开会、当众读信）。与会者听完蒋的信，群情激愤，“都纷纷地骂蒋介石背信弃义，说他是想分化东北军和十七路军”，众人表示“我们决不上他的当”。会议无果而散。会后，杨虎城留下李志刚单独又谈了很久，详细了解了李见蒋的过程。杨当时分析，蒋是用两手在对付西安方面。“一手用军事压迫，一手用政治分化，首先要分化东北军与十七路军的关系，问题很严重”。杨忧心忡忡，“我现在真是不知怎样才好。当前最重要的问题还是要看看南京的路线改不改，是否我们真的就白闹了一场。所以你准备再去南京一趟，多找几个人谈谈。明天我们对这个问题再好好研究一下。”
第二天，1月21日杨虎城又召集东北军、第十七路军军政负责人会议，周恩来也应邀参加。会议决定再派李志刚携杨虎城的信飞奉化，向蒋介石表示接受甲案，但同时要求：（一）中央军暂退华县，待西安方面军队移定后再行动。（二）潼宝线上，中央军不多驻兵。（三）东北军留一部在咸阳到兰州的公路上，留一部在西安。（四）第十七路军留一师在西安。（五）给不允回陕的张学良以名义。（六）在三中全会未决定国策之前，由杨虎城接济红军。
会议后，杨虎城即派李志刚携带他给蒋介石的复信，于当日第二次去南京。杨虎城给蒋的信中这样写道：“前示甲案应当接受。惟西北情形已趋复杂，执行甲案事，各方实际上之困难仍属不少。凡此情况，谅蒙洞察。谨再派李志刚趋前晋谒，陈述一切，务恳钧座对于此间实际各问题详加训示，俾便遵行。”
在答复蒋介石的同时，杨虎城将西安方面的新意见及时通知了各地方势力人物。他致电张学良派驻桂林联络代表赵石樵（即解方，秘密中共党员）：“皓午电悉。（一）我方为实际着想，谋解决途径，于鲍志一兄等飞奉化时，确携有解决西北方案。但主要事项仍为请张副司令返陕，请蒋委员长实践诺言，决无陕甘特殊化之意，何氏通报纯系诬蔑。（二）我方在抗日联合阵线下采取联共方式，但绝非容共，更非赤化。对于国民党之地位，固极尊重，在弟个人尤决不愿抛弃本党之立场也。是与李、白两公之主张正复相同，希照此意随时解答为盼。”
同日，杨虎城收到阎锡山的电报：希望杨接受甲案，并表示愿代向蒋介石斡旋。杨虎城即复电阎锡山：甘肃境内胡宗南部全部退出。请南京发600万及预发三个月军饷。并派人来陕宣抚。
李志刚到南京后，先分别拜会了于右任、冯玉祥、何应钦、陈立夫等政要，从他们嘴里没有了解出蒋的政策变化情况。只是冯玉祥作了这样一番表态：“他（指蒋）今后还有脸再打内战吗？我看他再打不下去了。至于具体情况，我也弄不清楚。虎城这小伙子我从前看他没有多大出息，想不到他真是个好小伙子！有机会我还要到西安去看看。”
1月23日，李志刚由戴笠陪同从南京到了奉化。当晚蒋介石立即召见了李。当他听李志刚说：“大家一致的意见，还是要求让张先生回去。”蒋一面摇头一面说：“我在西安上飞机时，张汉卿要送我到南京来，我劝他不要来，他不听，一定要来，我也只好听他来。他现在住在这里，你可以看到他，你问他是不是那样。他来南京的时候，由他也由我，但是他来到南京以后，要想回去，不由他也不由我了。”
李志刚听蒋如此讲，便改谈顾祝同西进的问题，蒋说：“顾祝同部西进，目的不在打仗，而是为调度军队恢复秩序。”蒋让李转告杨虎城，必须服从他的命令，否则就要军事解决，并说他已通知顾祝同要相机处理，西安方面要找顾接洽，把真正困难的地方提出来与顾商洽解决，他们解决不了的再由顾请示他，他一定能给解决，以后再不要直接去问他了。最后李志刚又委婉地说：“杨先生极关心委员长的抗日政策问题。”蒋听到这里，怒气冲冲地说：“杨虎城不学无术，不看我的《庐山军训讲演集》不了解讲演精神，不懂得我的意向，怎么你们也不帮助他看呢？你切实告诉杨虎城，只要他听我的命令，我一定对得起他们。”当日，李志刚即将蒋的谈话要点通过电报报告给了杨。
经蒋的允许，李志刚见到了被软禁在奉化雪窦寺的张学良。当李对张谈到西安方面坚持要求他返陕和遭到拒绝时，张感叹说：“蒋是不会让我回去的，回去会增加他不喜欢的力量。请告诉虎城多容忍，要团结。我估计除非全面抗日，东北军还存在，可以利用我在东北军中发挥作用时，我才有可能回去，否则是不能出去的。”言时神色凄惨。
李志刚在奉化还见到了从南京来此看蒋的汪精卫，汪对李说西安事变虽出于爱国热情，但万一在乱中伤害了领袖，后果不堪设想。汪批评杨虎城现在不该拥兵抵抗，应该服从中央，以免地方涂炭，等等。李问汪当前国家政策怎样转变？汪答怎样变动必须由中央全会做出决定，他这次来奉化就是与蒋介石商量召开中央全会事宜。由此李志刚得知南京正在酝酿召开国民党五届三中全会，将要讨论转变国策问题，完成了杨虎城交给他了解南京政治动向的迫切任务。
根据李志刚从南京发回的种种信息，经三方研究后，1月24日杨虎城电复蒋介石，同意派代表赴潼关直接与顾祝同商谈。同日致电李志刚即回陕汇报，并赴潼关参加与顾祝同商谈。1月25日，李志刚飞回西安。杨虎城立即召集召开了东北军、十七路军高级军政人员会议，听取李志刚第二次去南京、奉化的情况汇报。听了李的汇报后，众人对张不能回来都感到很失望。杨虎城表示，他同意冯玉祥的说法，蒋是不能再打内战了。他对汪精卫住在奉化很注意，认为蒋必将与汪研究国民党与共产党间关系如何转变的问题。所以蒋介石在政策上的转变是有可能的。杨对这个问题做了这样分析后，会议即转入了讨论如何与顾祝同直接谈判的问题，决定李志刚、谢珂（东北军代表，前“剿总”办公厅副主任）前往潼关与顾祝同谈判。蒋介石在奉化接见李志刚的前一天，就决定由顾祝同在潼关和西安方面谈判，并电告顾：（一）东北军可留一师在咸阳到兰州段，第十七路军可留一二团在西安附近；（二）张学良问题待西北问题完全解决后另定；（三）中共部队将通过杨虎城接济。蒋介石做了一些让步为谈判创造了一些条件。
