在和平解决西安事变时，蒋介石当面表示，希望能在南京与周恩来直接会商两党合作抗日的问题。中共中央注意到这一意向，可就在周恩来的南京一行酝酿之时，张学良因送蒋介石去南京而被扣。中共中央考虑到周恩来的安全，不得不改变了原先的打算。1937年1月5日和6日，毛泽东等连日给在西安的周恩来、秦邦宪发去电报：“此时则无人能证明恩来去宁后，不为张学良第二。”“恩来绝对不可去南京。”但是，中共中央仍对和平谈判寄以希望，便改派潘汉年前往南京，并表明自己的态度：“周暂难分身，一俟大局略定，即可出见蒋。”“共产党在对内和平对外抗战基础上全力赞助蒋。”
西安谈判：形成三八协议
1937年2月8日，国民党军事委员会西安行营主任兼第一集团军总司令顾祝同率中央军进驻西安。蒋介石委派他为全权代表，后来又增派张冲和贺衷寒，参与在西安举行的与周恩来的谈判。中共后来也增派叶剑英参与谈判。
经过一个月的彼此交流、磋商乃至争论，双方的意向也逐渐趋于认同。正是在这个基础上，3月8日，周恩来、叶剑英和顾祝同、张冲、贺衷寒再次坐下来，共同商讨形成一个总结性的条文，并决定由周恩来负责文字的起草，这便是“三八协议”，其主要内容是：
（一）中国共产党承认服从三民主义的国家和国民党的领导地位，彻底取消暴动政策和没收地主土地政策，停止赤化运动；国民政府分批释放监禁中的中共党员，容许共产党在适当时期内公开。
（二）取消苏维埃政府及其制度，将目前红军驻在地区改为陕甘宁行政区，执行国民政府统一法令与民选制度，其行政人员经民选推荐，由国民政府任命；行政经费由行政院及省政府规定。
（三）红军取消，改编为国民革命军，服从国民政府军事委员会及蒋介石的统一指挥，其编制人员、给养及补充与国军同等待遇，其各级人员由自己推荐，呈报军委会任命，政训工作由军委会派人联络；将红军中最精壮者编为三个国防师，计六旅十二团及其他直属之工、炮、通信、辎重等部队，在三个国防师上设某路军总指挥部；将红军的地方部队改编为地方民团或保安队；红军学校办完本期后结束；此外，在河西走廊令马步芳、马步青部停止对红军西路军的进攻。
◆西安事变和平解决后，周恩来返回延安时在机场受到中共中央领导人欢迎。左三起：秦邦宪、张闻天、毛泽东、周恩来、彭德怀、林伯渠、萧劲光。
可是，这个协议却因贺衷寒的修改而改变了内容，这便是：红军改编为三个师后，每师只能有一万人，共三万人，政训人员由南京政府派人参加，各级的副职也由南京政府委派，取消“民选制度”，改“民选推荐”为“地方推荐”，甚至删去协议中的停止攻击红军西路军的条款等等。
周恩来一针见血地指出，贺衷寒是要以红军西路军困陷河西地区，而“束缚我们”、“胁迫我们”。认为在西安与顾、贺继续谈判，已经没有实际价值，要求直接与蒋介石面谈，以期问题的根本解决。中共中央书记处同意周恩来的意见。3月13日晚，周恩来会见张冲，提出将“三八协议”直接送达蒋介石的要求，表示：贺案是我们所否认的，但是，两党合作抗日和拥护蒋委员长的方针，不会因贺案而发生动摇。
杭州谈判:蒋介石的承诺
蒋介石答应与周恩来在杭州会谈，3月下旬，周恩来乘飞机前往杭州。抵达上海时，他乘便与宋美龄会晤，请她将中共中央书记处关于谈判的十五条意见转交蒋介石。宋美龄向周恩来表示，中共可以合法存在。一到杭州，周恩来便在潘汉年的陪同下，与蒋介石进行谈判。周恩来首先阐明中共对国共合作的立场，是维护民族解放、民主自由、民生改善的共同纲领，所以，决不能忍受“招降”、“收编”的诬蔑。谈话重申中共十五项谈判条件，并提出几点具体的要求：
（一）陕甘宁边区成为整个行政区，不能分割；（二）红军改编后人数须达四万余人；（三）三个师上必须设总指挥部；（四）国民党不能派遣副佐及政训人员；（五）红军学校必须办完本期；（六）红军防地须增加。
听完周恩来的讲话，蒋介石的态度极为温和，他说：中共有民族意识，革命精神，是新生力量，几个月的和平运动影响很好。他还说，国共由于分家，致使十年革命失败，造成军阀割据和帝国主义者占领中国的局面，国共两党要各自检查过去的错误。接着，他又指出，希望这次合作是永久的，即便他死后，也不要分裂，免得因内乱造成英、日联合瓜分中国，因此，要商量一个永久合作的办法。
在谈到合作的具体问题时，蒋介石的口气也比较爽快，他说：这些都是小节，容易解决。中共在几个月后便可参加国民大会、国防会议；陕甘宁行政区可以是整个的，由中共推荐南京政府方面的人任正职，中共派人任副职；红军改编为三个师，四万余人，可以设总指挥部；决不派人破坏中共的部队；粮食接济定额设法解决。最后，蒋介石提到永久合作应有一个有效的办法。周恩来表示制定共同纲领是最好的办法。蒋介石同意并要周恩来立刻回延安，希望中共议出一个共同纲领。
周恩来的杭州之行，是有成效的，不管怎么说，蒋介石总算在口头上答应红军以四万余人，承诺陕甘宁为一个统一的行政区。3月30日，周恩来携带同蒋介石联系的密电码返回延安。中共中央政治局立刻召开会议，听取周恩来所作杭州谈判的报告，针对蒋介石的提议，决定起草一个永久合作的民族统一战线纲领。会议期间，周恩来致电蒋介石：“归肤施（即延安，作者注）后述及先生合作诚意，均极兴奋，现党中央正开会计议纲领及如何与先生永久合作问题。
周恩来期待着再与蒋介石的谈判，并为此作细致的准备。他在给中共中央的报告中，提出了下次谈判的方案。中共中央认真研究了方案，在4月20日召开的政治局会议上，就制订民族统一战线纲领、修改国民大会组织法和选举法等问题，进行了认真、慎重的讨论。
◆周恩来和国民党谈判代表张冲在杭州合影。
在延安的三个星期，中央政治局连连开会，就下一步谈判的原则、策略，进行了认真的准备。25日，周恩来等乘大卡车赴西安，准备南下再次与蒋介石会谈。途经甘泉劳山附近，突遭土匪伏击，随行人员中，延安卫戍司令部参谋长兼周恩来随从副官陈友才、警卫队副队长陈国桥等在战斗中牺牲。周恩来等突围返回延安。第二天，周恩来改乘飞机抵达西安。到达西安后，便与顾祝同、张冲等交换了意见。接着，又与顾祝同就军事问题进行谈判，商定红军的经费再给五万元；红军夏衣在六月中旬发放；红军西路军被俘人员已到兰州的，可送西安或发衣被；中共将和南方各苏区联络等。顾祝同均答应向蒋请示。
蒋提要求：朱毛离开红军
此时，蒋介石正在庐山筹办暑期训练团。6月4日，周恩来上了庐山。从8日到15日，同蒋介石进行多次交谈，宋美龄、张冲也在座。周恩来首先将《关于御侮救亡、复兴中国的民族统一纲领（草案）》交与蒋介石。周恩来发现，蒋介石虽然没有推翻杭州会谈，但是却增加了一些附加条件，使谈判难以进行下去。杭州谈判时，蒋介石让中共先拿出一个合作的纲领来，可是，当周恩来带来中共草拟的纲领时，他却漠然置之，另外提出成立国民革命同盟会的主张，故伎重演，还想将共产党溶化于国民党之中。
蒋介石还费尽心机提出，先由中共发表宣言，国民政府即公布红军三个师的番号，人数为四万五千；他推翻了杭州谈判时的许诺，提出三个师以上不设总司令部，而改为“设政治训练处指挥之”，并且要求毛泽东、朱德离开红军，出国考察，用的还是对付杨虎城和后来的冯玉祥的办法；对于陕甘宁边区政府，仍然坚持中共推荐国民政府方面的人任正职，“边区自己推举副的”；至于南方游击队问题，他提出应由中共联络，然后“实行编遣，其首领须离开”；对杭州所谈“允许共党适时公开”，则矢口不谈，只是说中共可以派代表参加国民大会，但又“不以共党名义出席”。
如此出尔反尔，变幻莫测，尽在周恩来的意料之中。他有备而来，针对性地回答：所提成立国民革命同盟会组织，事关重大，必须请示中共中央后，才能作出决定；红军改编后不应设立政治训练处，而应设总司令部或总指挥部；边区政府的人事安排也是很不合理的。周恩来还同宋子文、宋美龄等会谈，陈述红军改编后，三个师以上的统帅机关应以军事名义，而不能以“政训处”代替。这些带有根本性的原则问题，周恩来与蒋介石争执很大，分歧很深，虽经宋子文、宋美龄、张冲等往返磋商，蒋介石仍然固执己见，谈判自然难以进行。
回到延安，中共中央听取了谈判情况的汇报，研究了蒋介石的意见，仍然准备顾全抗日大局，作出妥协和让步。中央书记处决定由周恩来负责起草谈判新方案。这个新方案考虑到蒋介石的意见，“原则上同意组织国民革命同盟会，但要求先确定共同纲领，以便奠定同盟会及两党合作之政治基础。”“同盟会组织原则，在共同承认纲领的基础上，可同意国共两方面各推出同数干部组织最高会议。另以蒋为主席，承认其依据纲领有最后决定之权。”
蒋介石决定召开庐山谈话会，邀请社会各界名流共商国事。6月26日，南京方面来电催周恩来再上庐山，继续谈判。不几日，南京方面又给延安来电，算是给周恩来致蒋介石电的回复：红军改编后只能设政训处。中共中央为第四次谈判作了认真的准备，让周恩来负责起草国共《两党关系调整方案》，这个方案提出：国民革命同盟会可负责调整两党关系，决定两党共同行动事项，但不能干涉两党内部事务，两党均须遵守共同纲领，但两党又均保留各自的组织独立性及政治批评和讨论的自由权。7月4日，周恩来和秦邦宪、林伯渠到西安。7日，他们飞抵上海，也就是这天，震惊世界的卢沟桥事变发生。13日，他们到达庐山，立即将《中共中央为公布国共合作宣言》交于蒋介石，表明重开谈判的诚意和务实的态度。
庐山谈判：蒋之叵测心机
蒋介石的庐山谈话会，所邀各界名流都有一席之地，却惟独将中共晾在一边。上次庐山谈判时，蒋介石提出中共应先发表宣言，可是，当《中共中央为公布国共合作宣言》送达时，蒋介石又予以刁难，以修改其中的一些内容为借口，就是不愿公开发表中共中央的宣言。周恩来后来回忆说：“我们带去起草好的宣言，他要动手改两句，那时候我们还客气，同意他修改了两点。但修改了他也不发表，总想把共产党合法这一点抹杀掉。”尽管如此，中共中央仍把民族的利益置于至高无上的地位，表示：“愿在蒋指挥下努力抗战，红军主力准备随时出动抗日，已令各军十天内准备完毕，待令出动，同意担任平绥国防。”
可是，蒋介石却重新提出红军改编后，“各师须直隶行营，政治机关只管联络”，再也不提三个师以上的政治机关可以代行指挥权了。这种态度当然是周恩来难以接受的。第二天，周恩来致函蒋介石：“华北炮火正浓，国内问题更应迅速解决，其急者为苏区改制与红军改编之具体实施”。同时明确指出，蒋介石的意见和态度与上次庐山谈判，“出入甚大，不仅事难做通”，而且，“恐碍此后各事之进行”。
◆中共代表周恩来、秦邦宪、林伯渠和国民党代表蒋介石、邵力子、张冲就两党合作抗日问题在庐山谈判。
谈判又成僵持局面，中共中央考虑到全民抗战形势的来之不易，仍是顾全大局，求同存异，张闻天、毛泽东来电指示：“为大局计，可承认平时指挥人事等之政治处制度，请要求设正副主任，朱正彭副。但战时不能不设指挥部，以资统帅。”周恩来根据这一精神，就谈判的问题草拟出十二条意见，通过宋美龄转交给蒋介石。这些意见的内容归纳起来是：
国民党中央公开表明赞同《中共中央为公布国共合作宣言》，各报刊可公开发表；迅速发表陕甘宁政府名义，从张继、宋子文、于右任三人中择一人担任正职，由林伯渠任副职，其范围包括现在所辖十八县，其疆界请国民政府行政院和边区政府划定；国共双方派人分赴鄂豫皖、闽浙赣、闽粤赣、湘鄂赣等地联络与传达国共合作方针，对南方红军游击队实行改编；允许中共在延安出版的《解放》周刊在全国发行；红军改编的具体意见。
蒋介石对周恩来的十二条意见，没有任何回应的表示，还是坚持红军改编后不设统一的军事指挥机关，三个师的管理直属行营；三个师的参谋长由南京派遣；政治主任只能转达人事、指挥，可以周恩来为主任、毛泽东为副主任。如果按照蒋介石的如意算盘，红军改编后没有统一的军事指挥机关，一切听命于蒋的“行营”，那么不要多长时间，改编后的红军就会发生质的变化，再也不是中国共产党领导的武装队伍了。如此心怀叵测，周恩来当即严正表示：蒋对红军改编后的指挥与人事的意见，我党决不能接受。
谈判再次陷入僵局，周恩来等离开庐山到达上海。7月20日，张闻天、毛泽东致电周恩来等：“日军进攻之势已成，抗战有实现之可能。”“我们决采取蒋不让步，不再与谈之方针。”要求周恩来和林伯渠暂留上海，以观察形势的发展变化，等待着重开谈判。
华北局势日益危急，全民抗战已成山雨欲来之势。周恩来在上海注意到形势的发展，致电张闻天、毛泽东，建议红军改编的工作应先行开展，不管形势如何变化，须“立即自行改编三个方面军、六个单位的统一组织，每个方面军编足一万五千人，独立军、师都编入，加强干部，使各方面军都能独立工作。”27日，他们到达西安，当日在与蒋鼎文会谈时，即得到蒋介石的口信：红军迅速改编，出动抗日。针对蒋介石的催促，周恩来让蒋鼎文转告蒋介石：红军同意改编，同意开拔，但是国民党应立即发表《中共中央为公布国共合作宣言》。
回到延安，周恩来参加中央关于红军改编出动抗日的会议，决定：立即争取西安行营的同意，将红军集中三原改编，编足四万五千人，三个师以上设总指挥部（将来可让步为军部），朱德任正职，彭德怀任副职。7月29、30日，北平、天津相继沦陷，蒋介石终于发表《告抗战全军将士书》，声称：“和平既然绝望，只有抗战到底。”形势急转直下，民族危亡迫在眉睫，红军改编已是刻不容缓。周恩来和秦邦宪立即赶赴云阳镇，出席红军前敌总指挥部召开的红军高级干部会议，共议红军改编、出动抗日的问题，并同朱德、彭德怀、任弼时等商定红军改编中的编制、分布、干部配备等问题。
就在此时，叶剑英从西安拍来电报，告诉周恩来，桂系将领李宗仁、白崇禧，川军将领刘湘将去南京，出席国民政府军事委员会召开的国防会议。蒋介石、李宗仁这对生死冤家，都能坐在一起，共议危亡之局，真可谓“兄弟阋于墙，外御其侮”。周恩来料想中共也将被邀参加会议，为掌握团结抗日的主动权，致电毛泽东、张闻天，提出中共应派人参加，争取公开合法的地位。果然不出所料，8月1日，毛泽东转来张冲的急电：蒋介石密邀毛泽东、朱德、周恩来速至南京共商国防问题。停顿下来的国共谈判，似又峰回路转，柳暗花明。周恩来电复张冲：如开国防会议，则同朱德、叶剑英去；如系谈话会，则同林伯渠、秦邦宪、叶剑英去。张冲立即复电，告诉是开国防会，望毛泽东、朱德、周恩来到南京参加会议。南京方面连日电文，其急迫的心情已是不言而喻。
南京谈判：国共合作抗日
在南京举行的第五次谈判，红军改编和出动抗日将是最突出的问题，周恩来对此作了认真的准备，8月4日，他和朱德、秦邦宪、林伯渠、彭德怀、任弼时认真研究和讨论后，向中央提出《关于全国对日抗战及红军参战问题的意见》和《关于红军主力出去抗战的意见》。第二天，周恩来便收到张闻天、毛泽东的复电，其中指出，红军担负的是“独立自主的游击运动战，钳制敌人大部分，消灭敌人一部”。“在一定地区内协助正面友军作战。”遵循“按情况使用兵力的原则，在此原则下，承认开拔兵力”。陕甘是我们唯一可靠的后方。
9日，周恩来同朱德、叶剑英飞抵南京。在南京期间，周恩来、朱德和叶剑英活动频繁，多次与冯玉祥、白崇禧、刘湘和龙云等会晤。处于秘密状态的共产党，在经历十年风雨后，终于得以公开活动。
在国民政府军政谈话会上，周恩来再次阐明中共中央关于对日抗战的方针意见，指出，当前战争中，必须培养出可以独立持久的能力。在正面防御上，不可以停顿于一线及数线的阵地，而应当由阵地战转为平原与山地的扩大运动战。另一方面，则要采取游击战。朱德也作了发言。他们的意见，获得与会者的好评，对于国民政府制定全国抗战的战略方针，产生了积极的影响。可是，在讨论国共合作的具体问题上，蒋介石仍然骨头里挑刺，提出种种非议，7月间就交与的《中共中央为公布国共合作宣言》，他一直不予发布，当周恩来重提此事时，他让康泽出面对周恩来说，中共的宣言不宜提“民主”，应一律改为“民用”；要取消对民族、民权、民生的解释；不同意提同国民党获得谅解而共赴国难等。
就在康泽与周恩来会谈的第二天，日军突然发动对上海的大规模进攻，上海军民奋起抵抗，“八·一三”淞沪抗战爆发，战火正向国民政府所在地南京蔓延。周恩来紧紧把握时机，立即向中共中央请示，在将要进行的谈判中，我们应努力达到：（一）努力抗战，以巩固蒋介石的抗战决心；（二）红军立即改编，争取开动；（三）力争发表《中共中央为公布国共合作宣言》；（四）催促发表正副总指挥。
◆1937年8月，周恩来、朱德、叶剑英到南京参加南京政府国防会议。
大敌当前，蒋介石基本同意中共的条件，国共谈判中久拖不决的问题，终于得到落实。18日，红军改编为国民革命军第八路军，设立总指挥部，下辖三个师，任命朱德、彭德怀为正副总指挥。军队中的一切职务包括“各级之副，自副师长到副排长人员”，都由中共自行配备，国民政府只派联络参谋。红军改编后的指挥机关和人事任命问题，总算得以解决。9月22日，国民党中央通讯社正式播发《中共中央为公布国共合作宣言》。
根据中共中央书记处的指示，周恩来多次与国民党谈判，强调八路军可以充任战略的游击支队，在总的战略方针下，进行独立自主的游击战争。蒋介石、何应钦同意八路军充任战略游击支队，执行侧面战，协助友军，扰乱与钳制日军大部并消灭一部分的作战任务。八路军的战略任务确定后，周恩来和叶剑英立即致电毛泽东等，部队仍以迅速开拔为有利，提议：“至少应以一个旅为先遣部队，先行东进。”毛泽东当日复电彭德怀、任弼时：“同意恩来提议。”红一军团为先遣部队，即日出动。自8月下旬起，八路军三个师的主力陆续由韩城等处东渡黄河，经同蒲铁路开赴抗日前线。
红军主力的改编刚一落实，周恩来便考虑与蒋介石讨论南方红军游击队的改编和中共合法机构的问题。何应钦代表蒋介石同周恩来具体商谈，同意中共派人到南方各游击区，传达中共中央指示和协助红军游击队改编为国民革命军新编第四军。第一次谈判时，顾祝同便同意中共在西安设立办事处。卢沟桥事变后，阎锡山也允许中共在太原设立办事处。这次通过与蒋介石等的谈判，国民党允许在南京、上海等地设立中共代表团和八路军办事处。后来，又在武汉、长沙、兰州等地设立中共代表团办事处、八路军办事处、新四军通讯处等。
谈判中，周恩来强烈要求国民党释放被关押的共产党员。8月18日，他和叶剑英到“首都反省院”，看望被捕的中共党员，经过反复交涉，当天，夏之栩、熊天荆、王根英获释。随后，陶铸、钱瑛、刘宁一、帅孟奇、张琴秋等也获释。
还是在庐山谈判时，周恩来便提出中共在南京公开出版发行《新华日报》。当再次磋商此事时，很快便收到国民党中央宣传部长邵力子的批文。周恩来十分高兴，立即和朱德前往拜望国民党元老、监察院院长于右任，请他为《新华日报》题写报名，于右任欣然应允。
南京谈判历时十余天，一些根本问题都已解决，第二次国共合作的局面已然形成。8月21日，周恩来参加将在洛川召开的政治局扩大会议，离开南京前往西安，谈判中的未竟事宜，交与叶剑英等继续谈判和交涉。