12月10日一早，张学良得到昨晚十七路军有动作的报告，他就立即要十七路军负责行动的人去汇报，而且很急，连着来了两个电话。看张这样，杨虎城就说：“还是我去吧。”杨向张讲了9日晚所发生的一切过程，并对张说：“看近日的情况，学生、市民、东北军和十七路军的大部分中下级军官，对蒋都是愤恨的，他们的情绪很激动。捉蒋的时间不能再迟了，万一我们对部队控制不住，发生骚乱，那更危险。”张学良同意杨的分析，两人当即决定：12月10日准备，11日晚行动。这一天蒋介石也紧张准备着，他召集了随他来西安的全体参谋人员会议，决定12日颁布向红军发动总攻击命令，明确指出如果张学良、杨虎城两部不服从命令，即解除其武装。
当日晚，张学良未带一人，亲自驾车来到杨虎城的新城官邸，谈至深夜1时才离去。谈话中两人除对国内的反应作了估计外，还研究了军事形势和对策，并明确了政治目的：打破蒋介石进行内战的局面；造成西北、华北、广西、四川分立形势，使南京政府对于西北方面没有武装进攻的可能；强迫蒋介石改变“攘外必先安内”的国策；召开各有关方面参加的救国会议（在西安召开）；组织抗日联合政府。蒋介石必须声明放弃其反动国策，并确实保证东北军和十七路军的现有地位，才放蒋走。
应该强调，发动事变并谋求和平解决的原则是张学良、杨虎城二人在事变前就确定了的。
1936年10月到12月，蒋介石前后两次到西安，其行辕均设在临潼华清池。蒋介石自己只带了20名贴身侍卫，外围警卫都是由张学良的卫队一营和宪兵二团的少量宪兵负责。
12月11日，杨虎城多次赴玄风桥金家巷张学良官邸密商捕蒋的具体事项。到11日下午2时，张、杨确定了三件事：（一）决定于12日上午6时在西安、临潼两处同时行动。（二）为了侦察蒋的行动，凡蒋与南京和西安方面的通话，必须通过张官邸的总机接线，注意蒋与各方面的通话内容和其他方面向蒋的电话报告。在行动时间以前，如果发现蒋有察觉，或有移动，或有特务和其他方面向蒋告密等情况，随时准备以两个加强连立即由西安驰往临潼逮捕蒋，如果由西安方面派兵来不及，即命令驻临潼县内刘多荃部，火速执行逮捕的命令。（三）如果情况无变化，12日凌晨在临潼执行捕蒋的任务。
张对杨说，他有几个作战有经验的老军官，只是在捉蒋的这件事上，他觉得没把握；青年军官可靠的有几个，但没有作战经验，所以请杨派人到临潼捉蒋。杨说：“这事我有把握。”杨回到新城十七路军总部后立即做了必要的准备，由特务营营长宋文梅立即组成一个加强连，每人配备手电筒一个，随时准备出发；准备大卡车四辆，随时载兵往临潼捕蒋。
午后，张叫在临潼担任外围警卫任务的东北军卫队第一营王玉瓒营长来西安，准备告诉他，叫他在十七路军捕蒋部队到达后，把该部队接应进去。张以此事先同杨商量。杨说：“王营长固然是可靠的，但这种事先告诉王的做法有泄露机密的危险，不可不防，王营长既来了，甚好，可以临时给他任务，让王营长随捉蒋部队一同回临潼。”张也赞同这个慎重做法。杨认为宋文梅在实战经验上不如许权中，又把许接到新城，让他秘密住在电务科科长原政庭房中等候命令。
杨回新城后给宋文梅下了到华清池捉蒋的命令，并叮咛宋说：“你和许权中都对蒋介石有仇恨，这一回是为了国家大事，对蒋不应从个人仇恨出发，你必须给我捉回活的蒋介石，不要死的蒋介石，如果打死了蒋介石要你偿命，谁打死了他，都以军法从事。”又说：“尽可能避免开枪，要迅速逮捕。”还叮咛宋要服从许权中的命令，先不要告诉许，等临出发时他亲自告诉许。这时已是傍晚的时候了。杨反复考虑，总感到安排还不够妥当。双方军官平日都不相识，共同捉蒋指挥上不方便，如果发生误会必致贻误大事，还是叫东北军卫队第二营营长孙铭九去为好。杨就把这个想法告诉了张。张认为：“孙铭九没经验，我加派几个得力人去。”于是又变更了临潼捉蒋的部队，其他仍照原定计划执行。两人约定，指挥部设在新城杨虎城的指挥部里，张于晚12时前到新城与杨共同指挥；张到后，十七路军各部队才能按预定计划行动。
在与杨虎城最后确定了行动计划后，11日下午，张学良仍旧去临潼华清池与蒋介石周旋。晚上还安排了与杨虎城联名宴请南京来西安大员的活动。
在西安事变前，虽然张、杨分别都与中共中央建立了秘密联络渠道，中共分别派有代表驻在西安，进行联系。但发动西安事变的任何信息，张、杨都没有向中共透露，连张学良以为是杨虎城身边亲信的王炳南都毫不知情。直到捉蒋的行动开始后，12日凌晨才由张电告中共中央。
12月11日晚，杨虎城宴请完南京来西安的文武大员后回到新城的办公室。9时许，先召集赵寿山、孔从洲、王菊人，后又扩大为孙蔚如、李兴中共同布置了第十七路军在西安事变中的军事行动计划。
当时西安的双方兵力是：十七路军的主力在外县和陕北前线，只有西安绥署特务营、教导营、炮兵团、卫士队和陕西警备第二旅三个团等少数兵力在西安，总计部队官兵约3000人。此外，东北军卫队第二营孙铭九部在西安市东南一隅。蒋系在西安的单位，包括特务机关，约有120个，有武装的为42个。其中以宪兵第二团（团长杨镇亚）、保安司令部（司令张坤生）、西安省会公安局、警察大队、西安军警联合督察处武装最多，枪支在3000以上，其他特务机关和蒋系各军、各师的留守处、办事处的武装尚不在内。
1936年12月11日晚，杨虎城与孙蔚如、赵寿山、李兴中、孔从洲、王菊人等对当晚的军事行动作了最后的部署。由十七路军警备二旅孔从洲部负责解除宪兵团、保安司令部、警察大队、省政府常驻的宪兵连和西安机场的驻军，并占领飞机场。
当时在西安机场停有数十架战斗机和轰炸机。杨虎城命令先以一部兵力担任西安各街巷口的警戒；为了加强警备二旅的领导力量，增派许权中为副旅长，命令炮兵团归孔从洲指挥，将炮架在北城门楼上，准备轰击外来的蒋军；由西安绥署卫士大队担任绥署及杨将军公馆的警戒；命特务营营长宋文梅率特务营及卫士队各一部分士兵，负责逮捕住在西京招待所的蒋系军政高级官员，特务营其余部队作为预备队待命；该营归赵寿山直接指挥，负责警戒新城城防及解除新城东北几个警察大队的武装。军事计划拟定后，杨虎城表示同意，命赵寿山任行动总指挥，并说：“我们准备好，等张副司令来共同确定，与临潼统一行动。”
部署完毕后，王菊人回忆说：
杨在新城官邸东边客厅内等候张来。当时，对于事情的发展，把蒋捉来后，一些事情的估计和安排，曾详细商量过。例如：
（一）改组南京政府事，主张成立抗日联合政府（包括国民党、共产党及其他党派在内），行政院院长不主张蒋兼任，主张以宋子文为院长。改组方式，采取救国会议通过，而不能像过去由国民党一个党决定。对于救国会议的组成，拟照孙中山提出的国民会议之精神办理。
（二）为打国民党一党把持的局面，各省行政拟采用分权制，各省成立省救国会议，相当于议会的职权，产生省行政机构，推定人选。
（三）西北成立军事联合指挥机构，暂负责党、政、军的统一领导，将来移归联合政府指挥。
（四）陕北行政人员，在红军区域内部，先撤销原来邵力子委派的亲蒋的县长以上的人员，更换为亲共至少是不反共的人员，职权暂时不变；俟人心安定后，除八十四师高桂滋、八十六师高双成防区外，其他地区概由共产党派人接充县长，但仍受陕西省政府的节制，对共产党和红军要以友党友军看待。
（五）将来红军的指挥关系。
（六）民众训练，由全国救国会、西北救国会、东北救国会办理，候共产党代表到西安后商定。
（七）估计蒋介石被捉后，南京政府对西安方面必然采取经济封锁的办法，首先是军费停发。准备由中、中、交、农四行之陕西省分行提取现金，作为准备金，由陕西省银行发行纸币（自法币停止兑现后，陕四行存有一批硬币），以济军用。
（八）东路交通断绝后，民生日用品的来源将断绝，准备与阎锡山商量，由华北采购。经山西运陕，阎利税收，不会拒绝。
（九）当时也想到冯钦哉会不会跟上来，本来想立即派车去大荔接他来西安（当晚十一时由西安派车，十二日中午一定能来西安），由于想到数小时后即下令给冯袭占潼关，旅长武士敏在南京，非冯亲自指挥不行，遂又作罢。
上边想到的事，等张学良于当晚12时到新城后，杨逐条和他商量，他请杨看着办。
已过十二时了。张学良还没有来，杨很着急，也有许多疑虑：他怀疑到张学良会不会向蒋出卖他？东北军内部会不会走漏消息？孙铭九能不能担任起把蒋捉来的任务？张会不会又变卦？蒋是一个久于军事，极其警觉的人，上次在临潼和张发生争执，以后又同他自己谈了话，蒋会不会起疑心，秘密逃向潼关？十七路军内部也有些特务，九日晚间准备的军事行动，会不会向蒋报告，使蒋事先逃脱？孙铭九等年青军人，有一股反蒋感情，会不会忘记大局，把蒋打死呢？……
杨说：“有三条路要作准备：（一）蒋若果跑了，孙铭九扑了个空，那时怎么办？（二）万一蒋被打死，那时怎么办？（三）捉来个活蒋介石，必然还得放个活蒋介石，既捉又放，该怎么办？”
杨又说：“我们为了抗日，先得停止内战，除捉他逼他，没有别的停止内战的办法。只要把蒋捉来，他预定的一切军事部署都会落空，内战自然就停止了。不抗日，蒋介石没路走。我们除抗日外，也没路走。那时候，谁不抗日，百姓更会反对谁，举国一致抗日的局面，自然会形成。”
杨谈到这里，心情极为乐观。杨又说：“张汉卿突然举起抗日大旗，是很难见信于国人的。蒋被捉到后，要立即作援绥行动，带上蒋介石一道援绥何尝不好。我们离帝国主义远，谁也给我们戴不上勾结帝国主义的帽子（这是有感于‘两广事变’言），顶多只能造谣说我们勾结苏联，真能勾结上苏联也是好事。”又说：“这回事情，政治上是成功的（他指主张抗日），军事上可能失败（指十七路军这个部队），我们的抗日主张会得到全国人民的同情，只是在军事上，我们却处于蒋介石部队的东西钳制中，我们的部队，一时集中不起来，一旦要打仗，对我们不利的。蒋跑了，或者把蒋打死，立刻会有战事。”
他叫拿地图来，详细问了一下蒋系部队和东北军的位置。杨很思索万一捉蒋捉不成的军事部署，以备万一。同时，他看了看地图，问了问国内各地方实力派的兵力，分析了他们对蒋的真实态度，他说：“若果蒋真要死了，国内各地方实力派都会起来的，那时，南京方面会自顾不暇，对我们就无兵可用了。”
后来杨想了想说：“万一蒋死了，开始打一下免不了，头一仗一定要打胜。那时我们的士气是高涨的，对方的士气是低落的。又说：头一仗一定能打胜，也必须打胜，打胜才能稳定局面，促进南京内部和国内各方面的变化。可请李兴中参谋长准备三个方案，一是同东北军、红军联合作战的方案，一是同东北军联合作战的方案，一是我们单独应战的方案。三个方案都要在咸阳、渭南阻击东西进犯之敌，以坚守西安为目的。主力放在东路，并以强有力之一部（最好由红军担任）进入商雒地区，以确保我右翼的安全。”
杨又慨然地说：“我进陕西后，没有像在山东时那样训练军队，步兵训练班的政治训练也做的迟了。十七路军这个团体，已是将骄兵情。一些中上级官佐，置地买房，娶小老婆，开商号，做生意，发财的发财，享乐的享乐，到了拼命的时候，谁跟上我来呢？也好，借此机会，整顿一番，抗日的来，不抗日的走，这个团体当初还不是几根破枪干成的吗？整顿一下，走新路，会成功的，即使失败，为了救国，把这个摊子摔个响亮，也值得。”
这时候，杨谈得很兴奋，他的精神，紧张而严肃。接着，问了东北军高射炮队的情形，叫早把位置安排妥当。又叫把十七路军的自造高射机枪（把重机枪架在三脚架上，可以转动仰射）分配在新城四周城墙上。他笑着说：“咱的那些有钱人，最害怕飞机炸弹。把他们也保护保护吧！”在这时，曾有人问：把蒋捉了，其他实力派不响应，怎么办？杨说：“实力派不响应，我们照样单独干。我们干的是百姓愿意干的事，百姓一定会响应我们，老百姓的力量此任何实力派的力量都大得多。”
张学良和他的高级将领及亲信幕僚，于夜晚十二时，一齐坐了几辆小轿车，到了新城杨的寓所。张见了杨，笑着说：“把我们都交给你了，看你怎么办？”杨正色说：“我们向来是不出卖朋友的。”
这时十七路军的高级将领也陆续来了。杨将张请到西边客厅，将他在上半夜想到的八项事（如前所记，只将冯钦哉的事未提）告诉了张。张说：“这些办法，都是对的。”
