一到华清池，蒋介石亲自宴请东北军、西北军的军、师级高级将领，表示要他们在“剿共”完全胜利的最后五分钟内，做出一份贡献。同时，他也发誓说，只要消灭红军，他一定可以带上东北军回东北去。对于张学良、杨虎城将军，蒋介石则明确摊牌：东北军、西北军全部开上陕甘前线，中央军随后督战；否则东北军调福建，西北军调安徽，陕甘由中央军负责“进剿”。这无疑是把张学良、杨虎城逼上梁山：全部上前线作战，显然不可能，因为东北、西北两军已与红军签订互不侵犯条约，更为关键的是不能再打内战南调，两军分开，“三位一体”被打破，蒋介石即可分而治之。这两种方案，显然是张学良、杨虎城绝对无法接受的。
12月7日，张学良再次求见蒋介石，哭着恳求蒋介石为国家民族的利益着想，停止内战，共同抗日。蒋介石不为所动，与张学良发生激烈争执，3个小时多，两人依然各执己见，最后蒋介石把桌子一拍说：“你现在就是拿枪把我打死了，我的‘剿共’政策也不能变！”
“哭谏”没有效果，只剩下“兵谏”一条路。12月8日晚，张学良与杨虎城秘密商定兵谏具体部署：东北军负责到华清池捉蒋；十七路军负责扣押全部中央军政大员，解除西安城内亲蒋部队的武装，扣留飞机场上已经到达的几十架战斗轰炸机。张、杨下令，对身为南京政府军事委员会委员长的蒋介石，只能活捉，不能伤害。
11日晚，蒋介石便宴张学良，觉得张学良行色匆忙，察觉有些异样，便准备于第二天离开西安。离开西安前，正式下达进攻红军的命令，如果张、杨不从，则下令执行东北军、西北军南调的命令；并且在西安城内和东北、西北军内逮捕中共党员和亲共分子。事实上他已没有时间下达作战命令，也没有时间离开西安了。
华清池，是中外驰名的历史名胜。蒋介石就住在华清池五间厅中的3号房，陪住的有侍从室主任钱大钧、侍从室组长蒋孝先和十多位参谋、秘书。内院还有30多位贴身侍卫，外院有属于宪兵第2团的一个排的宪兵，外围是东北军105师的一个团。
12日凌晨，华清池骤然响起兵谏的枪声。冲进五间厅捉拿蒋介石的东北军，发现衣架上挂着蒋介石的衣帽，桌子上有蒋介石的公文包和假牙，只是没有蒋介石本人。一摸蒋介石的被窝，里边还有余温，估计即使跑也跑不远。
原来枪声四起时，蒋介石从梦中惊醒，穿着拖鞋向后面围墙跑，后门紧锁打不开，只得在他的侄孙、卫士蒋孝镇帮助下，攀上围墙向下跳。只是围墙沿山势而作，里面低外面高，一片漆黑，再加上已年过半百，一头从墙上栽下去，摔伤了脊梁骨、碰破了脚，还丢了一只鞋。此时侍从卫士跳过墙来，背起他就跑，一直跑了二三百米，在晨雾中远见山顶也有军队警戒，于是就近在半山腰的虎斑石后面的乱草中躲避。
孙铭九带着卫队营，沿山仔细搜索，当搜到虎斑石时，发现一个人头伸出草丛，卫队营一士兵挥手一枪将其击倒，士兵们冲上去后，见旁边草丛里还有人，大声喝道：“什么人，出来！”已经在寒风中挨冻三四个小时的蒋介石，见已无法躲避，只得哆嗦着身子，钻出了草丛。蒋介石面对武装的士兵，语无伦次地说：“打死我吧！打死我吧！”“不要开枪！不要开枪！”当他知道面前的是东北军的士兵时，顿时口气强硬起来，一定要面见张学良后再出来。当孙铭九等人边拉边扶蒋介石离开石缝时，只见这位不可一世的委员长上身的古铜色睡袍、下身的单白布睡裤上沾满了尘土草屑：光着脚，两条小腿上被石片、草叶划得都是血痕；没带假牙的嘴巴瘪陷下去，眼光惊恐不安；脸孔冻得发紫。当他被送到西安新城大楼时，时针正好指向9点正。
西安方面的行动也在凌晨5时左右开始。一干中央大员没有蒋介石那番折腾，很快成为十七路军的俘虏。
当蒋介石被护送到绥靖公署办公地和兵谏总指挥部时，张学良立即出来热情迎接。已经从寒冷和惊惧中恢复过来的蒋介石，同时也恢复了昔日“委员长”的神态，摆出一副盛气凌人的架子，指责张学良说：“你就是叛逆，将我枪杀好了，我没有什么话和你讲。”即拒绝与张学良会谈，也拒绝吃饭，一副顽固到底的架势。为防意外，张学良、杨虎城决定把蒋介石移往高桂滋公馆，确保安全。蒋介石以为他们是要秘密处决他，坚决拒绝，声称：“我是兼行政院长，西安绥靖公署是行政院的直属机关，这是公家的地方，让我就死在这里吧，我绝不到别的地方去。”
13日蒋介石拟好了一份相当于遗嘱的给宋美龄的电报：“美龄吾妻：余决心殉国。余死后，余之全部财产由汝继承。望汝善视经国、纬国两儿，有如己出，以慰余灵。愿上帝赐福予汝。蒋中正。二十五年十二月十三日。”电报被张、杨二将军扣下，并未发出。从这份电文中可以看出蒋介石被扣之初的心理状态：“余决心殉国”，说明他确实是不准备向张、杨做出让步“余之全部财产由汝继承”，体现出夫妻一场，蒋对宋的感情是真挚的；让宋美龄关心刚成年的蒋纬国和十年杳无音信的蒋经国，这既是大难之际牵挂至亲骨肉的正常反应，也说明他担心宋美龄和两个儿子的关系。又有材料说，蒋介石当时还有另外一份电报稿，是要发给蒋经国、蒋纬国兄弟俩的，内容为：“余之承认宋美龄为余惟一之妻，务望汝等以生母待之，则余虽死于九泉之下亦瞑目矣！”
西安事变当天，张学良与杨虎城等19人联名致电国民党中央执行委员会、国民政府主席林森和各院部会等，提出八项要求后，张学良还以个人的名义致电宋美龄：蒋夫人赐鉴：
学良对国事主张，当在洞鉴之中。不意介公为奸邪所误，违背全国公意，一意孤行，致全国之人力、财力，尽消耗于对内战争，置国家民族生存于不顾。学良以待罪之身，海外归来，屡尽谏诤率东北流亡子弟含泪剿共者，原冀以血诚促其觉悟。此次绥东战起，举国振奋，介公以国家最高领袖，当有以慰全国殷殷之望，乃自到西北以来，对于抗日只字不提，而对青年救国运动，反横加摧残。伏思为国家、为民族生存计，不帽（忍以）一人而断送整个国家于万劫不复。大义当前，学良不忍以私害公，暂请介公留住西安，妥为保护。耿耿此心，可质天日。敬请夫人放心，如欲来陕，尤所欢迎。此间一切主张，（以）文电奉闻。挥泪陈词，伫候明教。张学良叩。
事变发生时，宋美龄正在上海主持国民政府航空委员会的改组。她得知消息后极为震惊，焦急万分。孔祥熙立即致电张学良，表示张学良爱国心切，肯定有不得已的苦衷，但要委婉协商，不要反为仇者快，以先稳住西安方面。随即，宋美龄与孔祥熙、宋子文等人连夜出发，于13日清晨到达南京。为营救自己的丈夫，宋美龄竭尽全力一方面与南京政府内部的主战派周旋，一方面展开营救蒋介石的行动。
西安事变前，蒋介石身任国民政府行政院长兼军事委员会委员长。蒋被扣西安后，他的连襟、行政院副院长孔祥熙代理行政院长，军权就落到军政部长何应钦手里。
14日下午4时左右，一架小型飞机出现在西安上空，并用小型降落伞投下一个信筒。写信的是当年跟随张学良6年之久的英籍澳大利亚人端纳。他在写给张学良的信中表示，受蒋夫人的委托，希望会见张学良将军。如果同意，请在机场上点起烟火。张学良急忙命令点火，让其降落。端纳带来了宋美龄给张学良和蒋介石的信。宋美龄给张学良的信是这样写的：西安张副司令汉卿兄勋鉴：
奋密。昨在沪上，惊悉西安兵变，即晚来京，接奉文电，深以为慰。吾兄肝胆照人，素所深佩，与介兄历共艰危，谊同手足。在沪未接电前，已知其必承吾兄维护，当决无他；来京获读尊电，具见爱友之赤诚，极为感慰。惟精诚团结，始足以御侮抗敌；沉着准备，乃足以制胜机先。介兄自九一八以来，居处不宁，全在于此。吾兄久共军机，夙所深悉。凡吾兄有所建议，苟利国家，无不乐采纳。介兄以地位关系，不得不加以慎重，藉避敌人耳目。吾兄贤明，当必深谅此意。我国为民主制，一切救国抗敌主张，当取公意。只要大多数认为可，介兄个人，当亦从同。昨日之事，吾兄及所部将领，或激于一时之情感，别具苦衷，不妨与介兄开诚协商，彼此相爱既深，当可无话不说。否则另生枝节，引起中外疑惧，不免为仇者所快，亲者所痛，想吾兄亦必计及于此。至如何安慰部曲，消弭事端，极赖荩筹。介兄一切起居，诸祈照拂，容当面谢，并盼随时电示一切为荷。蒋宋美龄叩。元。
当天晚上，蒋介石见到宋美龄从南京派来的代表端纳，见到了宋美龄的亲笔信。信中说：夫君爱鉴：
昨日闻西安之变，焦急万分。窃思吾兄平生以身许国，大公无私。兄所作为，无丝毫为自己个人权利着想。即此一点，寸衷足以安慰。且抗日亦系吾兄平日主张。惟兄以整个国家为前提，故年来竭力整顿军备，团结国力，以求贯彻抗日主张。此公忠为国之心必为全国人民所谅解。目吾兄所处境况真相若何，望即示知，以慰焦思。妹日夕祈祷上帝赐福吾兄早日脱离恶境，请兄亦祈求主宰赐予安慰。为国珍重为祷。临书神往，不尽欲言。专此奉达，敬祝康健。
妻美龄廿五年十二月十三日
宋美龄的信，无非是在安慰、吹捧丈夫以外，劝蒋介石接受抗日主张，当然也有宋美龄为蒋介石的处境所担心，其关切之情呼之欲出。有感于危难之际夫人想方设法派人来探望安慰自己这份情义，蒋介石看了之后，禁不住流出了眼泪。
端纳通过与张学良、杨虎城的会谈，对他们的主张有所了解后，对蒋介石进行了劝说。他说：“我这次是受蒋夫人的委托而来的，到这里之后与张汉卿将军进行了晤谈，对这次事变情况有了一些了解。我首先告慰你，就是张将军对你并无加害之意，只要你答应他们的主张，他们还是忠心拥戴你做领袖。……你若是接受他们的主张，今后更成为世界之伟人：若是拒绝接受将成为渺小的人物。国家和委员长个人的安危荣辱，全系于委员长自己心思的一转。”特别是端纳还向蒋介石传达了宋美龄另外的话：在可能和必要的时候，她愿亲自去西安一趟；目前南京方面是戏中有戏。
蒋介石并不反对南京方面的讨伐，以向兵谏方面施加军政压力，但他担心讨伐果真全面展开，必定又是一场大规模的内战，内战如果全面展开，自己回南京则遥遥无期；担心自己不在南京，何应钦等亲日派会趁机大做文章，一场新的权力之争不可避免，日本侵略者也会乘隙而人。夫人那句南京“戏中有戏”的隐语使他心生警觉，开始认真面对被扣后的政治现实，对抗情绪开始缓解。
张学良、杨虎城在事变当天第一个行动就是通过了“三个决定”和“八项主张”。“三个决定”是：成立政治设计委员会，研究事变后亟待解决的各种难题；成立联合军事参谋团，确保周边已经云集国民党大军的陕西的安全；邀请中共代表团来西安，共商事变解决办法。“八项主张”是：（一）改组南京政府，容纳各党各派共同负责救国；（二）停止一切内战；（三）立即释放上海被捕之爱国领袖；（四）释放一切政治犯；（五）开放民众爱国运动；（六）保障人民集会结社一切之政治自由；（七）切实遵行总理遗嘱；（八）立即召开救国会议。
这一“八项主张”的通电，是发给国民党中央执行委员会、林森主席、五院院长和各部委办、各绥靖主任和省主席、各团体和新闻界的。签名者，原为东北军、西北军的高级将领，到签发时被软禁的各军政大员也表示愿意签名，所以这一通电成为抓人的一方和被抓的一方共同的政治主张。张学良、杨虎城也在《告全体将士书》中解释东北军、西北军的行动说：“这不是我们造成内战，而是实行抗日救国的清道工作！”
从宋美龄在没有摸清西安的内情、也没有和张学良取得联系的情况下，急匆匆地派端纳到西安投石问路、送信一事中，可以看出国民党上层和南京城内的乱像。
蒋介石被扣后，国际上反应强烈，其中最为敏感的是日本，它希望中国继续内战，以利于日本扩大在中国的侵略。日本驻中国大使川樾茂公开表示：南京政府如果执行“八项主张”，日本将采取断然手段，武力占领京、沪，进行战争威胁。日本当局还有更大的阴谋，即准备趁机借刀杀人，极力鼓动亲日派出兵讨伐，置政治、外交上依靠英美等国的蒋介石于死地，再挟持亲日派上台。意大利和德国法西斯则趁机进行反共宣传。声称如果张学良赤化，将与之势不两立；对中国来说惟一明智的道路是谋求“中日满三国合作”政策；希特勒则支持正在德国的汪精卫，准备回国掌权，组织亲日政府。由蒋介石聘请的、在国民党军界有一定影响力的德国顾问团，也一再鼓励何应钦进行讨伐。
美英等西方国家则认为张、杨的通电反映出事变的矛盾焦点是为了抗日，事变可以和平解决；同时他们希望保持日本占领中国东北的现状，鼓励日本北进，把祸水引向苏联，避免日本扩大对中国的侵略以影响到西方在中国的利益。他们认为只要蒋介石能够继续统治下去，就能阻止亲日派上台，也可以与中共进行某种程度的联合。英美两国还指示驻华大使出面，进行调停，端纳也是在他们的支持下飞西安的。
不了解西安事变真相的苏联，则通过在《真理报》等重要报刊上发表社论和评论的方式，谴责张学良、杨虎城的扣蒋行动。认为他们是进行军事政变，是在日本的指使下有意破坏中国抗日力量的团结，图谋重新挑起中国的内战。斯大林从牵制日本、防止日本北进西伯利亚出发，公开声援蒋介石，支持南京政府，以早日和平解决事变。
在南京主持军事的军政部长何应钦致电正在德国休养的汪精卫，请其回国主政，以应付蒋介石被扣后南京政府群龙无首的乱局。但当汪精卫兴冲冲地回到南京时，事变已经和平解决。
在如何应付事变的问题上，南京政府和国民党上层分成了以英美系为主的和平解决派和以亲日派为主的武力讨伐派。武力讨伐派以何应钦为代表。12日清晨，何应钦以家代府，派人请来考试院长戴季陶、中央政治委员会委员吴稚晖和军政部次长熊斌，研究行动方案。熊斌提出应该请时在南京城内的军事委员会副委员长冯玉祥参加，但为何应钦所拒绝。何应钦召集的会议既非政府最高会议，因为行政院副院长孔祥熙没有参加；也非军事委员会最高会议，因为副委员长冯玉祥没有出席。所以，纯属小集团会议，并且决定了对西安事变进行武力解决的基调和对有关方面进行游说，为正式决定讨伐作准备。
