农一行于三月七日离开洛川，北上经延长、河口过黄河，十六日到达石楼，向毛泽东、周恩来汇报与张学良、王以哲谈判情况。在随后召开的中共中央政治局会议上，毛泽东、周恩来等认为，张学良的态度是诚恳的，与他做进一步的谈判，对开展抗日民族统一战线很重要。会上作出决定，派周恩来为中共中央全权代表，赴延安与张学良谈判。本来约定谈判于四月初举行，因张学良患喉疾，推迟到四月八日。
四月七日清晨，天下着大雪，周恩来和李克农带着电台、警卫部队从瓦窑堡出发。到了川口附近，天又下起大雨，他们的电台与东北军联系不上。后来中央在石楼的电台与东北军联系上了，才得知因气候的缘故，谈判推迟到九日举行。
九日上午，睛空万里。张学良、王以哲和中共联络员刘鼎乘飞机由洛川飞往延安。下午六点多钟，张学良派专人到川口来接周恩来一行。这时，周恩来和李克农换上便装，在张学良卫队护送下进延安城。警卫部队则按周恩来事先布置，控制延安机场，在谈判期间任何飞机不得起飞。
谈判地点在城里的教堂。周恩来刚走到门口，张学良就迎上来，紧握住周恩来的手不放，激动地说：“周先生，虽然我们没有见过面，但我早就认识你了！”
“我也早就认识你了！”周恩来一手拍了拍张学良的肩膀。“我的少年、青年时代是在东北度过的，跟少帅也算是半个老乡了！老乡见老乡，两眼泪汪汪啊！”
“我没有脸见你这个老乡啊！”张学良脸上泛起哀愁的神情。“我是东北军将领，当日本兵打进自己的家乡时，我却把部队带到这来……”
“在全国同胞面前，你还背着一个‘不抵抗将军’的骂名！”周恩来眉头一锁，对张学良肃然道。
“是的，所以我感到非常惭愧！”张学良低垂下头，愧怍地说。
“少帅知道为此而惭愧，悔悟还来得及。”周恩来紧紧地握了握张学良的手，真诚地说。“给少帅雪洗‘不抵抗将军’骂名的机会，现在来到了！”
张学良两眼噙着泪花，凝望着周恩来，感激地说：“这个机会，是周先生给我的！……”
“不。”周恩来打断张学良的话说，“应该说是全国人民强烈的抗日愿望给你的！”
接下来，双方针对停止内战、联合抗日有关问题进行开诚布公、推心置腹地交谈。谈判进行了一个通宵，到次日凌晨四点才结束。双方达成口头协议：一，中共赴莫斯科代表由新疆到苏联，东北军的代表由欧洲去苏联。二，停止内战，联合抗日。三，在张学良没有公开表示抗日之前，不能不接受蒋介石的命令进占苏区，六十七军准备开到延安以北一带来。四，双方互派代表常驻。五，张学良认为红军主力在山西恐难立足，出河北太早。最好出绥远，靠外蒙。如红军坚决东进，张可通知东北军万福麟部不加阻挠。六，互相通商。普通办货由红军设店自购，军用品由东北军代购。
张学良对谈判十分满意，拿出自己的积蓄两万块光洋和二十万法币，资助红军作为抗日经费。另外，张学良还把《申报》六十年纪念印制的大地图赠送给周恩来。这本大地图是当时中国第一本比较精确的高等投影设色地图，可辅助军用，当时红军仅有两本，另一本是申伯纯送的。这可算是一份珍贵的厚礼！
四月二十二日，周恩来给张学良写了一封信。信中写道：“汉卿先生：坐谈竟夜，快慰平生。归语诸同志并电前方，咸服先生肝胆照人，诚抗日大幸。惟别后事变益亟，所得情报，蒋氏出兵山西原为接受广田三原则之具体步骤，而日帝更进一步要求中、日、‘满’实行军事协定，同时复以分裂中国与倒蒋为要挟。蒋氏受此挟持，屈服难免，其两次抗议蒙苏协定尤见端倪。为抗日固足惜蒋氏，但不能以抗日殉蒋氏。为抗日战线计，为东北军前途计，先生当有以准备之也。敝军在晋，日有进展，眷念河西，颇以与贵军互消抗日实力为憾。及告以是乃受日帝与蒋氏之目前压迫所致，则又益增其敌忾，决心扫此两军间合作之障碍。先生闻之得毋具有同感？兹如约遣刘鼎同志趋前就教，随留左右，并委其面白一切，商行前定各事。寇深祸急，浑忘畛域，率直之处，诸维鉴察。”通过与张学良的谈判，周恩来进一步了解到国民党方面的情况，对党中央确定新的对蒋政策极为有利。回到瓦窑堡后，周恩来一方面将谈判情况向正在前线指挥红军东征作战的毛泽东通报，一方面与在后方的中央负责人进行了研究。
四月二十五日，中共中央发表《为创立全国各党各派的抗日人民阵线宣言》。“宣言”中说：“在全中国亡国灭种的紧急关头，中国共产党中央委员会特向全中国各党派郑重宣言：不管我们相互间过去有着怎样不相同的主张与信仰，不管我们相互间过去有着怎样的冲突与斗争，然而我们都是大中华民族的子孙，我们都是中国人，抗日救国是我们的共同要求。为抗日救国而大家联合起来，为抗日救国而共赴国难，是所有我们中国人的神圣的义务！”“宣言”以至诚的态度向全中国各党各派提议：创立抗日的人民阵线以抵御日本帝