张、杨在蒋被扣以后，立即向国内发出了抗日救国8项主张的通电，并打电报给陕北中共中央，请他们马上派代表前来共商抗日救国大计。12月17日，党中央派出的以周恩来为代表的代表团到西安，与张、杨协商并一起和蒋介石的代表(宋子文、宋美龄和端纳)进行了谈判。经过谈判，蒋被迫接受了联共抗日的要求。12月25日张、杨释放了蒋介石，张并亲自把蒋送到南京，西安事变遂告和平解决。
蒋介石回南京后背信弃义，扣留了张学良，并积极调派军队向陕西推进。东北军和十七路军内部，一部分人主和，一部分人主战，相持不下。这时汉奸、特务和别有用心的人在两军内部进行挑拨，破坏团结。1937年2月2日，以孙铭九为首的少壮派枪杀了元老派军长王以哲后，东北军内部发生分裂。十七路军方面，冯钦哉部和沈玺亭、唐得楹两团叛变投蒋。1937年5月5日，蒋介石批准杨虎城将军辞去本兼各职，杨被迫出国。十七路军其余部队被改编为38军，此后，蒋介石进一步采取“金钱收买”、“扩编利诱”以及“分割使用、战场消灭”等手段对付十七路军。