此时，正在上海的潘汉年，犹如一名整装待发的战士，正密切注视着局势的发展，等候中央的指示。
再说蒋介石返回南京之后，即背信弃义，立即将护送他回宁的张学良扣押起来，送交南京军事法庭审判，并下令将杨虎城等撤职留任。与此同时，蒋下令调集37个师的兵力分五路向西安推进，造成大军压境之势，企图压迫西安方面屈服。而西安方面的主战派和主和派仍处于尖锐的对立之中，更加剧了整个局势的危机。为此，中共一方面努力做好西安方面内部的工作，另一方面也采取了一些必要的措施，其中包括抽调一部分红军主力向关中开进。但中共始终以抗日大局为重，继续坚持逼蒋抗日的基本方针，反对亲日派挑起内战，分裂中国的阴谋。并以极大的努力，做好各方面的工作，将事变继续引向和平解决的轨道。
在这样一个历史转折关头，中共中央连续电告潘汉年，给他下达了一个又一个任务。
1937年1月1日，毛泽东、周恩来致电潘汉年，申述“共产党与红军坚决站在和平解决国事之立场上，赞助国民党一切有利于救亡图存之改革，愿与陈立夫、宋子文、孙哲生、冯焕章各方面商洽团结一致挽救危局之方法”。指示他“本此方针，速与陈立夫接洽”。
1月4日，中共中央书记处就关于西安事变的善后解决办法与两党谈判方针问题再次致电潘汉年，指出：南京采取报复政策，不但有损于国民党及蒋介石的地位，而且不利于西北善后问题的解决。正当解决的办法是撤兵释张。
1月5日，张闻天、毛泽东致电潘汉年，向他通报了周恩来“在西安与宋子文及蒋介石商定”的六项条件，并指令他“应速找宋子文弄清南京近日之变化，并要宋子文实践上述诺言”。
遵照中共中央的指示，潘汉年以全权代表的身份与陈立夫接洽谈判，要求国民党方面迅速落实蒋介石、宋子文在西安与周恩来商定的各项条件，明确表示反对南京部分亲日派继续策划内战的阴谋和扣留张学良的错误行为。同时，潘还根据宋子文在西安时所表示的意见，秘密与宋联络，请其实现在西安时所作的各项保证。
1月15日，张闻天从保安致电潘汉年，要他设法找人向李宗仁、白崇禧活动，促进和平解决西安事变的进程；同时找人向宋子文活动，要宋“继续担负调解责任，表示我们拥护他调解之诚意”；还要求潘汉年通过杜重远向熊式辉探听何应钦等亲日派目前的行动方针，以便决定对策。对上述任务，潘汉年都一一落实，并复电张闻天，报告他“已请老太太（指宋庆龄）同宋子文说项，设法由他负责调停”；“已派人去孙（科）冯（玉祥）处活动”；“已嘱杜重远、叶挺设法往南京”。
从1月21日开始至29日，毛泽东或以个人名义，或与周恩来联名，几乎是每天都给潘汉年发去一份电报，一方面通报西安局势，指示潘汉年要求蒋介石“保证和平解决后不再发生战争”，并提出“为要说服红军将领起见，如无蒋先生手书甚为困难”，因此，要求蒋亲笔答复周恩来一信，“且此书即经兄手声明乘机直飞西安面交恩来”；另一方面要潘汉年向蒋介石说明下列观点：“我们是革命政党，自己确定的政策决不动摇。我们的政策是与蒋一道团结全国（即反对分裂与内战）共同对日，以后许多事情均愿与蒋商量，一切有利日本与汉奸而有损国力与两党合作之事，均当与蒋一道坚决反对之。”
可以肯定地说，在西安事变后相当一段时间里，中央有关与南京国民政府当局商谈合作的所有一切重大问题，都由潘汉年操办，反映了他在西安事变前后所担负的历史使命是多么的重大！
1937年2月初，张冲以国民党中央联络代表的名义找到潘汉年，要潘陪同他去西安，向中共中央进一步接洽谈判事宜，并商量顾祝同与周恩来在西安谈判的问题。
顾祝同，字墨三，江苏安东（今涟水）人。曾任黄埔军校教官、管理部主任，与周恩来共过事。西安事变后，顾任西安行营主任兼第一集团军总司令，奉蒋介石之命，处理西安事变善后问题，负责与留在西安的周恩来谈判。潘汉年深知此事的重要，随即陪同张冲北上。他们在上海乘飞机先至洛阳，会见了顾祝同、贺衷寒。顾提出由潘汉年、张冲先行，经潼关去西安，在张、杨部队确保他们安全时再动身。
两天后，潘汉年返回洛阳，告诉顾一切顺利。2月9日，顾祝同在潘汉年陪同下，到达西安。潘将顾祝同、贺衷寒、张冲等人介绍给周恩来。
这次引见，为两党举行的西安谈判铺平了道路，并为尔后的周恩来、蒋介石的杭州谈判作了准备。事毕潘汉年返回上海。
从2月9日开始，中共代表周恩来（后来对剑英也参加）和国民党代表顾祝同（后张冲、贺衷寒也参加），进行了历时1个多月的正式谈判。双方达成了一些协议，但未能取得实质性的进展。加之顾祝同的助手，军统十三太保之一的贺衷寒在谈判中节外生枝，炮制了另一个中共无法接受的方案。为此，周恩来约见张冲，指出由于贺衷寒横生枝节，可能使谈判破裂；但周表示，中共只是不承认贺案，对于两党团结救国和拥护蒋委员长的根本方针，并不因贺案而动摇。中共中央同意周恩来的意见，由他向国民党方面“申明西安无可再谈，要求见蒋解决”。
3月下旬，周恩来抵达杭州，同蒋介石直接会谈。途经上海时，由潘汉年安排他住在四川路新亚酒家。会谈前一天，周恩来让潘汉年将中共中央书记处的15条意见先交给宋美龄，请宋转交蒋介石。翌日，周恩来在潘汉年陪同下，乘轿车前往杭州，同蒋介石直接谈判。
这次杭州会谈，蒋、周在一些重大问题上，各自表示了自己的态度和立场。蒋介石承认中共有民族意识、革命精神，是新生力量，几个月的和平运动影响很好；承认由于国共分家，致使10年来革命失败，造成军阀割据和帝国主义占领中国的局面，要求各自检查过去的错误。并表示希望中共这次改变政策后，与他永久合作。至于以后谈判具体问题，仍由陈立夫、宋子文等人负责。
3月30日，周恩来携带杭州会议的有关文件返回陕北。潘汉年则继续留在上海，与陈立夫、宋子文等就两党合作的具体问题，包括红军改编及其经费等问题进行磋商。
随着抗日战争的全面爆发和国共合作的正式形成，潘汉年也就圆满结束了他作为中共在上海、南京与国民党谈判联络的全权代表的特殊使命。在当时极为复杂和困难的条件下，潘汉年始终站在抗日民族统一战线的全局立场上，忠于职守，不辱使命，维护了党和红军的利益，表现了一个共产党人的高度的党性原则和高超的斗争艺术；同时，又及时地提供了国民党方面的动态和大量第一手资料，为中共中央制定正确的谈判方针创造了条件。这位中共党内的谈判高手，为第二次国共合作的建立发挥了先导作用，留下了特殊的历史功绩。
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