1936年夏，日本帝国主义加紧扩大对华侵略，全国人民的抗日救国运动风起云涌。蒋介石置华北和全国危亡的局势于不顾，仍然顽固推行其“攘外必先安内”的反动政策，一方面对日本帝国主义妥协退让；一方面继续进行反共反人民的内战，大肆镇压各地的爱国进步力量。举国上下人心激愤，民怨沸腾。
张学良、杨虎城和他们统率下的东北军、十七路军广大官兵要求停止内战、一致抗日的呼声越来越高。蒋介石对张学良、杨虎城积极抗日的主张，不仅不予理睬，反而步步进逼，强迫他们向陕甘根据地进攻，限期“剿灭”红军。压力愈大，反抗愈烈。张、杨此时除继续与中共中央代表周恩来、叶剑英、刘鼎等保持频繁的接触外，还在西安成立了“西北抗日救国会”、“东北抗日救亡总会”，广泛动员西北进步士绅参加抗日。并于6月底，在王曲成立军官训练团，让共产党员刘澜波和一些进步人士讲课，向军官们灌输抗日思想。张、杨还派出代表分头向广西的李宗仁、山东的韩复榘、河北的宋哲元、四川的刘湘、云南的龙云、山西的阎锡山、新疆的盛世才等各地方实力派进行联络，宣传停止内战、联合抗日的主张。7月，张学良与中共代表密谈，磋商建立东北军、十七路军与中共联合抗日的“西北国防政府”。张学良几次提出，希望中共中央再派一些党和红军的高级代表去西安共同商讨进一步联合抗日问题。8月9日，毛泽东、周恩来等致函张学良，建议“兄部须立即准备配合红军选定九、十月间有利时机，决心发动抗日局面”，并表示准备派叶剑英等到西安同刘鼎一起协助张学良工作。8月13日，毛泽东致函杨虎城，写道：“先生同意联合战线，盛情可感。??先生之一切顾虑与困难，敝方均愿代为设计，务使先生及贵军全部立于无损有益之地位。”
就是在中共中央和张、杨携手力促实现西北联合抗日局面的大背景下，中央决定派阅历丰富、多谋善断且对东北军情况有一定了解的叶剑英参谋长前去西安。①8月17日，中共中央将东北军工作委员会改为洛川工委，叶剑英任书记，刘道生、欧阳钦、左洪涛、李仲英为委员，并决定叶剑英作为中共中央常驻代表密赴西安，进一步开展对东北军、西北军和整个西北地区的统一战线工作。叶剑英受命后，经过一段准备，于8月底9月初，同汪锋、潘汉年、边章伍、彭雪枫、刘克东等10多人从保安动身去西安。他们中间，有的是随叶剑英一道去西安做工作的，有的则是经西安转往他处执行其他任务。据汪锋、刘克东回忆，他们一行先在鄜县（今为富县）进出边区的联络站集中，成立了临时支部，叶剑英为书记。从鄜县到西安途中的一切安排和注意事项都由叶剑英提出，大家研究决定。进入白区前，为了安全和保密需要，他们化装成从西北考察后返回南京的国民党军事委员会谈判代表团。根据每个人的身材、形象，分别打扮成不同的模样。因为边章伍身体胖，便扮成代表团的团长，穿高级料子服，胸前佩戴圆形蓝色徽章，还挂着勋标。其他人有的扮成秘书，夹着黑色皮包，有的扮成副官，穿少校军官服，扎武装带，蹬黑皮鞋，还有的扮成参谋、士兵，叶剑英扮马伕。走路时是按团长、随从、秘书、副①在中共陕西省委、西安市委党史办、政协办公室、档案馆、博物馆、图书馆、八路军驻西安办事处纪念馆查阅的资料，1991年9月。
官、参谋、士兵的顺序，马伕走在最后。他们化完装，你看看我，我看看你，如像“演戏”，不禁哈哈大笑起来。叶剑英严肃他说，这是政治斗争的需要，这“戏”一定要演好，如果露出马脚，可能有生命危险！一路上，大家按照叶剑英的吩咐办事，遵守纪律，互相关照。汪锋负责办“外交”，小心谨慎，巧于应付。经过一天行军，在事先约定的地点和东北军的“内线”接上了头，然后，换乘一辆汽车，赶往西安。
当时，蒋介石派到西安的特务、宪兵很多，特务活动尤其猖獗，张学良的一举一动都处于特务的严密监视之中。张学良对于叶剑英的到来非常重视，事先对安全保卫工作作了周密的布置，在生活方面也作了精细的安排，让叶剑英住在他的副官、卫队营长孙铭九的家里。据孙铭九回忆，张向孙叮嘱：来人身系重任，无事不准打扰，要绝对保证安全，并提供一切方便。孙家距张学良的公馆不远，在金家巷的前面，是个小四合院。孙铭九安排叶剑英住进西厢房以后，特意叮嘱妻子：副司令交代，这位先生是个“重要人物”，要细心照顾，最要紧的是，不要让外人到这个房子里来，有什么事，一定要经过我。孙还向门卫说，这位先生是他的亲戚，出入随便，不准阻拦，更不允许跟踪！所以，当时外界几乎无人知道红军有个高级将领住在他家里。叶剑英住在孙家，仍然保持着红军的老传统，生活很朴素。他身着长袍或中山装，风度翩翩，和蔼可亲，伊然一副学者气度。他深居简出，谦虚谨慎，无事从不打扰孙家。孙的妻子后来知道了叶剑英的真实身份，想到他生活是那样简朴，深有感触地对孙铭九说：“这样的人，在东北军中是找不到的！”
叶剑英在西安期间，因地下隐蔽工作需要，曾一度转移到红军秘密联络点王政家安居巷甲17号（现为1号）居祝①叶剑英在西安肩负着重大使命。在临行之前，党中央赋予他的主要任务是：（一）筹划组织西北国防政府；（二）组织建立抗日联军；（三）培养训练东北军内部的进步力量，组织有抗日思想的青年学生充当东北军的下级干部；（四）及时商议处理有关中共中央、红军和东北军之间的重要问题，等等。这些任务根据形势的发展，后来虽有变化，但始终坚持实行西北大联合，共同抗日。
10月5日，时剑英与张学良会谈。他详细介绍了中共中央于8月25日公开发表的《中国共产党致中国国民党书》的政治背景，说明中共在对待蒋介石问题上，从“抗日反蒋”到“逼蒋抗日”，是根据国内关系变化的实际状况而作出的重大政策变动，这也是接受了张将军的意见。一向主张“劝蒋联蒋抗日”的张学良听完叶剑英的这番解释后，十分高兴，表示今后要更多地承担劝蒋抗日的工作。接着，双方就迅速停止内战、联合抗日问题交换意见。叶剑英将随身带来的关于国共两党抗日救亡协定草案交给张学良。这个草案是在国民党代表与中共代表潘汉年经过几次秘密接触后，由中共中央为联蒋抗日而提出的。经时剑英提议，张学良表示同意，再由他这个渠道向蒋介石转交协定草案。但是，他要求叶剑英以毛泽东、周恩来的名义给他写一封信，以作为他向蒋介石转递时的依据。叶剑英经电请中央同意后，立即补写了由毛、周署名的给张学良的信。信中提出：“只要国民党军队停止向红军进攻，不拦阻红军抗日去路与不侵犯红军抗日后方，我们首先实行停止向国民党军队的进攻，以此作为我们停战抗日的坚决表示。”信中最后希望张学良“将敝方意见转达蒋介石先生速即决策，互派正式代表谈判停战、抗日的具体条件”。张学良接信后，表示将尽快把抗日救亡协定草案连同此信转给蒋介石。
①访问郭维城、高存信、于文英谈话记录。《党支资料通讯》第2期，人民解放军总后勤部党史办编，1987年2月21日。
叶剑英与张学良继续商谈关于红军与东北军联合抗日的作战计划问题。
张学良对中共中央拟定的红军抵抗日军的战略计划表示同意，并表示东北军将予以配合。他决定将六十七军集结于固原地区，五十一军集结于庆阳一带，一○五师驻守平凉，以便在必要时与红军协同作战。
在商谈中，叶剑英根据党中央的交代，向张学良提出借款5万元，另给解决1万套棉衣的要求。张学良表示，借款的事，将努力去办。棉衣问题，马上可以解决，只是不便直接送往红区。他提出，可先派车从西安送往兰州方向，再由红军在半路上取走。叶剑英对张学良如此爽快与机警深表钦佩。
经过几天的会谈，双方就一些重要问题取得了一致意见，叶剑英将会谈结果及时报告毛泽东、周恩来，并于10月10日派刘向三给中央送去张学良的5万元借款。以后又给红军分批转送去御寒冬衣。
帮助张学良整顿改造东北军部队，这是党赋予叶剑英赴西安的一项重要使命，也是叶剑英与张学良交谈的一个重要内容。当时，东北军的军官队伍比较老化，不少官兵思想陈旧，内部的派系斗争也很复杂。张学良对下属部队这些弊病深有痛感，准备通过整顿使部队尽快实现年轻化、精锐化。但如何进行整顿，却没有想出明确的办法。他非常希望叶剑英能为他出谋献策。
叶剑英了解了东北军存在的主要问题后，向张学良提出，整顿改造部队，除做必要的人员调整外，重在思想方面的训导，并提出了加强部队政训工作的组织措施和具体意见。他的意见为张学良所采纳，并受到高度赞赏。著名记者范长江后来在《陕北之行》一文中这样写道：“叶剑英曾应张学良之邀，秘密来西安，住张学良公馆附近，与张学良研究东北军的改造问题。叶对于东北军的政训工作提出意见，他的说法很使张学良受影响。”
叶剑英在西安还利用各种有利时机，帮助张学良解决“燃眉之急”，缓和他和蒋介石之间的矛盾，以应付复杂局势。10月中旬，彭德怀率领的红军部队在宁夏固原地区李旺堡包围了马鸿宾的骑兵二○七团，蒋介石急令张学良派东北军前去解围。张学良急得团团转，只好求助于叶剑英。叶剑英考虑到，这是进一步争取东北军、开辟西北交通线的一个好时机，应当帮一帮张学良。于是，他于13日、14日连续发电报给毛泽东，转达张学良的意见，建议：（一）应允张的要求，放出被我军包围的马部骑兵团；（二）允许东北军刘多荃的一○五师按规定时间前去接应；（三）我军派人随带呼号密码直接与前去接应的一○五师取得联系，与该师“永远通好”；（四）李旺堡解围之后，该地区归我占领；（五）请派人与一○五师洽谈今后交通问题，开辟西北新的交通线。
毛泽东同其他中央领导人经过研究，采纳了叶剑英的建议，命彭德怀部有意放出包围在李旺堡的马部骑兵团，并让开大路，在沿途布设宣传棚迎接刘多荃的一○五师，让它接走马匪军。从此红军与该师互通友好，建立了密切联系。张学良对此事处理结果很满意，觉得共产党人“够朋友”。从而对叶剑英也更加信赖。
张学良还经常约请叶剑英在他的公馆会晤，有时由刘鼎陪同。从那以后与红军的交往也更为频繁了。到1936年冬，由于党和叶剑英在西安卓有成效的工作，使张学良对共产党的认识提高了一大步，使红军与东北军、十七路军的关系得到了进一步改善，东北军的实力地位得到加强。西北地区初步形成了红军、东北军和十七路军“三位一体”的新局面。①①在张学良公馆旧址管理处查阅的资料，1991年9月。
叶剑英在西安期间，还直接间接地与国民党代表秘密接触和谈判。10月10日，毛泽东致电潘汉年、叶剑英：张子华②来电称，陈立夫曾约恩来飞赴香港或广州会谈。我们答复：先停战，后谈判。看其复电如何再说。不久，去南京谈判代表潘汉年、张子华回到西安，给叶剑英带来国民党提出的谈判基本条件：（一）苏维埃区域可以存在；（二）红军名义不要，改联军，待遇与国军同；（三）共产党代表公开参加国民大会；（四）即派人具体谈判。
叶剑英于10月15日，将上述内容专电报告毛泽东。
叶剑英还经常与中共派到西安的工作人员以及党外各界人士秘密联系，了解政治、军事动向，开展抗日民族统一战线各方面的工作，处理各种问题。
在工作中，他及时向中央请示报告，提供各种情报和建议。据不完全统计，叶剑英在9、10两个月中发给中央的电报即达30余份。其中，除了向中央报告自己在西安的工作情形外，有相当一部分是反映敌军友军方面动态的，主要内容有：（一）日本对阎锡山、宋哲元、韩复榘、蒋介石的策略；（二）蒋介石对中央军、东北军、西北军等做出的兵力部署及调动：（三）蒋介石令其别动队侦察张、杨两部与红军联络的情报；（四）蒋介石准备来陕，令阎锡山、冯玉祥前来相会；（五）傅作义在保卫绥远口号下招募6000多人入伍，一再表示决心抗日；（六）阎锡山要其军训团主任组织部队训练，准备抗日；（七）张学良、阎锡山会谈情况，以及阎对我党的态度。（八）张学良去太原，与阎锡山一同去郑州见蒋介石，等等。叶剑英在分析敌军、友军各方面的动向和情况之后，不时地扼要提出自己的看法和建议，供中央决策参考。
10月14日，毛泽东致电叶剑英：“要延迟胡宗南进攻，使我在11月15日以前保持西兰大道于手中，以便红二、四方面军休息整理，顺利执行新任务。”叶剑英经过研究，与刘鼎联名在10月18日发给中央的电报中，明确提出：我们必须按军委决定，给胡宗南严重打击，只有在战略任务完成以后，通过谈判方式解决问题才有可能成功，叶剑英还将了解到的有关敌情，在向中央报告的同时，特意通报给红四方面军的朱德、张国焘、徐向前，供他们参考。
叶剑英在西安工作范围极其广泛。他在同各界人士交往的过程中，工作日程安排得满满的，非常紧张。经常废寝忘食、夜以继日地找人谈话，汇总情况，亲自向党中央起草报告。西安城内特务密布，如果稍有不慎，就有可能出岔子。在这样险恶的环境中，叶剑英要冒很大风险，但他总是镇定自若，倒是张学良常常提心吊胆，对他的安全放心不下。有一次，叶剑英到市里的一家澡堂洗澡，洗完澡还到饭馆吃了一餐饭。张学良知道后，告诫他说：“叶先生，你不要老跑啊！你在澡堂洗澡，公开露面，要是被蒋介石派来的特务发现，就麻烦了，那我要负责的！”叶剑英感谢张学良的忠告，从此以后更加谨慎，一般不去公共场合露面了。①但为了工作需要，他还是不能完全闭门索居，有时还要出入中共地下党和红军的其他秘密联络点。有一次。他在红军联络点王政家里谈工作，恰好刘鼎也去他家，刘鼎走近王家附近的吉祥巷，②张子华，当时任中共中央对外联络局副局长。
①叶剑英谈话记录，1982年3月18日。
发现周围站着很多警察、宪兵，堵住路口，感到情况异常，便回头采取紧急措施，把时剑英接走了。刘鼎回忆说，那一次好险啊，多亏张学良的副官帮了大忙！
1936年10月下旬，红军一、二、四方面军三大主力会师于甘肃会宁、静宁地区，从而胜利结束了历时两年的全国红军的战略大转移——伟大的长征。
这时，蒋介石看到红军经过长征以后，人数大减，力量削弱，便认为这是消灭红军、荡平陕甘根据地的极好机会。于是，他在刚刚处理完陈济棠、李宗仁要求抗日反蒋的“两广事变”之后，腾出手来，便急匆匆调集重兵，准备对陕甘革命根据地进行新的“会剿”。
张学良对蒋介石的倒行逆施日益不满，他多次力劝蒋介石停止内战，一致抗日，但都被拒绝。当蒋介石得知张学良、杨虎城已同中共发生直接联系和西安群众要求“停止剿共、一致抗日”的声浪高涨时，更是迫不及待地要解决西北问题，加速“剿共”。10月22日，蒋介石亲率一大批军政要员飞到西安，向张、杨施加压力。蒋到西安后，分别召见张。杨谈话，宣布他大举“剿共”计划，部署东北军、十七路军立即做好一切准备，进攻陕北。叶剑英密切注视蒋介石的言行，冷静观察西安和其他地区的局势，随对将事态的发展向党中央作报告。
10月24日，蒋介石邀张学良等人一起登华山之后，再次召见张、杨，叫嚣在3个月之内把陕北红军全部消灭掉。张、杨不同意蒋继续“剿共”，慷慨陈词，遭到蒋介石严厉“训斥”。27日，蒋介石到王曲军官训练团向东北军、十七路军校以上军官“训话”，继续鼓吹“攘外必先安内”、“积极剿共”的陈词滥调，引起张学良、杨虎城和进步军官的强烈不满和愤慨，会场上“嗤鼻跺脚之声不绝”，几乎不能维持秩序。
叶剑英根据了解到的蒋介石在西安、王曲等地活动的情况，立即电告毛泽东、周恩来。在电报中，特意将蒋介石在军官训练团以及其他场合几次“训话”内容，归纳成要点附后：“A、军人只要服从我；B、敌人只是一个共产党；C、救国主义只有三民主义，D、等到消灭红军后，将领导你们走光明路。”
10月29日，蒋介石以“避寿”为名返回洛阳，实则召集会议，制定加紧进攻红军的军事部署。张学良乘为蒋介石祝五十大寿的机会，特用自己的飞机把阎锡山从太原接来，一起前往洛阳，同在那里为蒋祝寿的傅作义、徐永昌等，伺机劝蒋停止内战，联合抗日。蒋固执己见，拒不接受，并对张学良大发雷霆，当众辱骂张不尽责“剿匪”，使张十分难堪。叶剑英了解到这些情况后，连续电告中央：“蒋张会谈结果极恶。蒋表示匪不剿完，决不抗日”，“张、阎、傅、徐到达洛阳不得任何机会提出意见，满腔抗日热忱，无处说也。”叶剑英在电报中请示中央“拟离西（安）回保（安），详细报告”。
党中央收到电报后，经过研究，决定叶剑英暂不回保安。于是，叶剑英继续留在西安，进一步做张、杨的工作，观察事态的发展，随时向中央通报敌、我、友各方面的动态和情况，酌处各项事宜。
西北局势日益恶化。蒋介石为在西北大举“剿共”作准备，又从洛阳到太原、济南等地进行了一系列的部署。他筹划调集嫡系精锐部队260个团约30余万大军，以蒋鼎文为西北“剿总”前敌总司令，卫立煌为陕甘绥宁边区总指挥，由军政部次长陈诚驻前方督剿，并扩大西安、兰州机场，增设能容100架轰炸机的地勤设备，准备亲自坐镇西安，继江西第五次“围剿”之后对中央红军发动第六次“围剿”。同时，在内部拟订对付张、杨的方案，如果他们违抗进剿陕甘苏区的命令，就将东北军、十七路军调离陕甘。
叶剑英将获悉的蒋介石的行动和军事部署情况，及时向党中央作了报告。毛泽东、朱德、周恩来于12月1日致书蒋介石，揭露其内战阴谋，敦促他立即停止内战，“化敌为友，共同抗日”。
这时，张学良、杨虎城与蒋介石的矛盾越来越激化。蒋介石委派蒋鼎文、卫立煌等担当西北军事、政治上的重任，事先并未与张、杨商量。对蒋、卫等人的任命，实际上等于撤销了张学良的西北“剿总”副司令兼代总司令和杨虎城的西安绥靖公署主任的职权。对此，张、杨十分不满。加上蒋介石频繁调动30万大军集结于平汉线和陇海线上，摆出随时杀奔陕西的态势，使张、杨如芒在背，惶惶不安。11月下旬，张学良因日伪军再犯绥远，绥远前线形势日益严重，亲笔写信给蒋，请求亲率所部援绥，蒋复信不允。12月初，张学良从蒋介石侍从室的“内线”中获悉：在钱大钧的办公桌上看到已拟好的调东北军去福建的电稿，这更加重了张学良的离蒋倾向。12月3日，张乘飞机去洛阳见蒋，说部下因请求援绥抗日受阻，群情愤激，他已无法控制，请蒋亲自去解释政策。这时，蒋调集大军部署已定，命张先回，并答应次日亲赴西安。这一天，张学良回到西安后，情绪抑郁，坐立不安。半夜，让孙铭九请叶剑英到公馆来，紧急会晤。张、叶密谈后，叶剑英急电请示毛泽东。
中共中央复电，要叶返回面商。①
12月4日，蒋介石果然带着大批随从，杀气腾腾地直奔西安。他住在临潼华清池附近的“剿共”临时行辕里，召见张学良、杨虎城，发出最后通碟，提出两个方案，任他们选择：（一）服从“剿共”命令，将东北军，十七路军全部开到陕甘前线作战；（二）如不愿“剿共”，即将东北军调往福建，十七路军调往安徽，让出陕甘，由“中央军”去“剿共”。张、杨无法接受这两个方案，再次向蒋苦谏，又遭训斥。从此，张、杨遂进一步考虑实行“兵谏”，以至走上“逼蒋抗日”的最后一途。
叶剑英见蒋介石到来后的西安形势日益紧张，即按中央指示，悄然离开西安。临行前，张学良慷慨允诺，借给红军10万块银元，要他带走。叶剑英说：“少帅，你真是‘雪中送炭’啊！”当他到达保安城外时，远道来接的中央财政部长林伯渠早已守候在那里，笑咪咪地迎上前来。叶剑英见到他风趣地说：“林老啊，你不是来接我的，你是来接这许多光洋的！”说罢，两人相视而笑。②①叶剑英谈话记录，1982年3月16日、9月2日。
担任中革军委委员和中国红军副总参谋长的叶剑英回到保安后，毛泽东立即召开有张闻天、周恩来、秦邦宪等中央领导同志参加的会议，听取叶剑英汇报西安情况。会议进行过程中，机要秘书送来张学良发来的电报。电报中说，形势十分危急，请叶先生即来西安，共商大计。会议没有开完，毛泽东决定让叶剑英马上返回西安，并嘱咐他把总政治部主任王稼祥带去，通过张学良的关系，送王到新疆转赴苏联治玻叶剑英一行，立即动身去西安。他们走了三天，当到达苏区和东北军防区交界处时，没有找到接头的人。叶剑英便发电报向中央问询情况，中央回电说：西安发生了事变，张、杨在临潼扣留了蒋介石。中央决定派周恩来、秦邦宪、叶剑英为中共代表赴西安，已请周恩来先去。你们即刻去延安城，张将派飞机来接。于是，叶剑英一行掉转马头，北返延安，坐上张学良派来的飞机赶往西安。
叶剑英到西安以后，才了解到西安事变的详细情形。
原来， 12月12日凌晨，张学良、杨虎城将军在多次向蒋介石进谏，最后“哭谏”无效，被逼得走投无路的情况下，为了使蒋介石改变“攘外必先安内”的错误政策，抗日救国，毅然实行“兵谏”，在临潼华清池扣留蒋介石，同时在西安拘禁了一批国民党军政大员。
这一事变发生后，在中国和全世界激起了不同反响。中国人民大众拍手叫好，国民党南京政府一片混乱。亲日派头子何应钦急于取代蒋介石的地位，极力主张“讨伐”张、杨，炸平西安，欲置蒋介石于死地。他竟于16日下令发兵进攻陕西，同时准备派飞机轰炸西安。日本帝国主义则欲加剧中国的分裂，扩大内战，以便独占中国，极力支持何应钦的行动。与此相反，以宋美龄、宋子文为首的亲英美派，力主用和平方式营救蒋介石，反对“讨伐”。
支持蒋宋家族的英美两国由于其在华利益受到威胁，则竭力支持宋美龄营救蒋介石，和平解决西安事变。国内各地实力派对事变的态度更是复杂。坚决支持张、杨的抗日主张者有之；拥蒋讨张者有之：两面讨好者有之；趁火打劫，大搞投机钻营者亦有之。
张、杨发动西安事变后，通电全国，提出了抗日救国的八项政治主张，并宣布成立抗日联军临时西北军事委员会，张、杨分别担任正副主任委员。
事变当夜，张学良致电毛泽东、周恩来：吾等为中华民族及抗日前途，不顾一切，今已将蒋等扣留，迫其释放爱国分子，改组联合政府，兄等有何高见速复。
西安事变爆发后，中共中央立即紧急商讨对策，经过反复研究，确定采取和平解决西安事变的基本方针。毛泽东、周恩来等应张学良的请求，即复电张学良，表示对张、杨全力予以支持，拟派周恩来等到张处协商大计，并向张、杨提议调整防务，配合他们粉碎国民党“讨伐派”的武装进攻。随后，中共中央以红军高级将领名义给南京国民党中央和国民政府两次发出通电，表明和平解决西安事变的主张。
12月17日，中共代表周恩来等一行乘张学良所派专机抵达西安，当晚立即与张学良会晤，谈到深夜，次日上午又拜会杨虎城，紧张地展开了各方面的工作。叶剑英到达西安后，立即协助周恩来进行工作。按照分工，周恩来侧重于政治方面，负责上层统战和群众团体工作；秦邦宪侧重于中共组织内部工作；叶剑英侧重于军事方面工作。张学良亲向周恩来提出，要叶剑英出任抗日联军临时西北军事委员会的参谋长，周恩来为此专电报告中共中央书记处批准。叶剑英以参谋长身份参加西北联军参谋团，与东北军、十七路军将领一起制订了抵抗亲日派“讨逆军”的作战计划和军事部署。同时他还积极参加谈判和其他工作。
这期间，南京方面在弄清了张学良、杨虎城和中国共产党无意加害蒋介石而希望和平解决这次事变的态度后，于22日派宋子文、宋美龄到西安谈判。从23日起，周恩来作为中共中央全权代表，和张、杨一起参加谈判，并首先提出停战及改组南京政府的6项主张。经过两天的谈判，同宋子文，宋美龄最后达成改组国民党和国民党政府、驱逐亲日派、释放上海爱国领袖和一切政治犯、停止“剿共”政策、联合红军抗日等条件。24日晚，周恩来会见蒋介石，蒋当面表示同意谈判协定的6项条件，并表示他回南京后，周可去南京直接谈判。
在和平解决西安事变过程中，叶剑英协助周恩来日夜奔忙。他会见了各方面人士，同他们进行座谈，听取意见。他还采取出席报告会、个别出访等形式，进行统战工作，并将遇到的问题和解决意见及时向周恩来和中央请示报告。
12月23日，叶剑英致电中央，报告说，各方人士对中国共产党和平解决西安事变有怀疑，主要问题是：共产党能否真正放弃阶级革命，改劝社会民主制”？红军能否取消，归中央改编，听从命令？今后能否割断同莫斯科或第三国际的关系？最近的政治主张是什么？党中央认为，叶剑英反映的问题带有普遍性。中央立即电复叶剑英，要求进一步宣传中国共产党的方针、政策。叶剑英根据中央的指示精神，广泛向各方人士进行解释，消除误解，扩大了党的统一战线政策的影响。
就在西安事变即将和平解决的最后关头，发生了一件意外的事。12月25日，张学良没有同周恩来、叶剑英等商量，就放走蒋介石。并亲自陪同蒋介石乘飞机经洛阳飞回南京。此事在西安立即掀起了轩然大波。叶剑英后来回忆此事，曾这样说道：“后来张学良出了个岔子。他说抓是我抓的，放我亲自送。张学良亲自乘飞机送蒋介石到洛阳。张学良想当个梁山英雄，他不晓得蒋介石的立场顽固得很。张学良刚一出门，孙铭九就向周恩来和我报告：副司令走了，送蒋先生回洛阳。我们说，不行，你马上坐汽车把他请回来！
待他坐汽车到机场，飞机已升空了。结果，蒋介石一到洛阳，就把张学良扣留起来了。”①叶剑英对张学良送蒋之行，十分惋惜，一直关心他的处境，张学良也很珍视与叶剑英的患难之交。他在美国见到吕正操，表示很怀念老朋友“叶参座”。当年，张学良陪蒋介石回南京，其动机尽管很复杂，但有一点是可以肯定的，即想使事变的结局变得更加圆满。然而，由于他对蒋的本质认识不清，此举却使他终生失去了自由。蒋介石回到洛阳就翻脸不认人，到南京后又背信弃义地推翻自己的诺言，发表了《对张杨的训话》，软禁了张学良。接着，派顾祝同为军事委员会西安行营主任，调集37个师的兵力开赴西安，妄图用军事压迫和政治欺骗的办法，搞垮西安的“三位一体”，削弱西北革命势力。面对大军压境、内战一触即发之势，中国共产党继续坚持和平解决西安事变的方针。毛泽东代表中共中央于12月28日发表声明，彻底批驳蒋介石的所谓“训话”。中共中央连续发表通电，坚决要求南京政府停止军事行动。
周恩来、秦邦宪、叶剑英对蒋介石的倒行逆施极为愤慨。他们通宵达旦地分析形势，研究对策。同杨虎城、王以哲等东北军、十七路军高级将领协商，确定由杨虎城领衔，于1937年1月5日发表了一份措辞严厉的通电，强烈抗议蒋介石扣押张学良将军的行径，揭露蒋介石重新挑起内战的阴谋。
西安方面，在政治上给蒋介石以反击的同时，在军事上也积极进行准备，以打破中央军的进攻。1月4日，东北军、十七路军的高级将领共同协商并拟定联合作战方案。据李金德回忆，在联军参谋团会议上，叶剑英分析敌我友态势，提出在军事上应集中主要兵力，到东部正面防线，对付由潼关方向西进之敌，摆成一个鳝鱼篓子形，让敌人能进不能出，进来就把他吃掉！参谋团经过研究确定，除东北军在东部正面防线部署重兵，十七路军集结于渭北各县外，调动一部分红军主力，开进关中，集结于咸阳、洛川一带以配合东北军、西北军作战，造成进可以攻、退可以守、战则能胜、和则有利的局面。
在此期间，叶剑英尽力协助周恩来奔走于东北军、西北军和国民党留守西安人员之间，艰苦工作，维护团结，稳定局势。蒋介石的侍从室主任钱大钧在事变时负伤，此时住在西安养伤。叶剑英陪同周恩来特意去看望了钱大钩。接着，周、叶又去邵力子（事变前任陕西省主席，事变时也被张、杨所拘留）家里走访，表示慰问。他们向钱、邵两人转达了中共中央对和平解决事变后的期望。希望钱、邵两人以大局为重，说服留守西安的国民党大员，坚持团结，抗战救国。同时，又劝说杨虎城派人到南京、奉化与蒋介石会谈。
①叶剑英在空军师校以上干部学习毛主席军事著作集训期间的讲话，1959年7月8日。
东北军、西北军内部在战与和的问题上仍然存在着尖锐分歧。受命于张学良代理指挥东北军的杨虎城，在外有重兵压境，内有和战之争的情况下，处境越来越困难。这时，叶剑英主动接近他，帮助他出谋划策，处理各种棘手问题。杨虎城是一位早年拥护孙中山革命的爱国将领，从第一次国共合作开始，一直同共产党人保持着良好的关系。他头脑敏锐，韬略在胸。有一次，叶剑英陪同周恩来访问他时，正谈话间，正好他的秘书拿来一份材料，让他签字。他让秘书给他念。秘书念完之后，他立即指出哪些地方需要改动，而且提得恰到好处。叶剑英看到这个情景，对杨更加敬佩，说他真是“长期锻炼出来的将才”。
为了防止“战祸起于萧墙之内”，叶剑英在周恩来领导下，多次同东北军、十七路军的主战、主和两派交谈，开导他们以国家民族利益为重，认清形势和前途。但是，坚持同中央军交战的“少壮”派继续闹腾，有人竟扬言：“向叶参谋长来个兵谏！”1月27日晚间，孙铭九等找到周恩来、叶剑英，在他们面前长跪不起，哭着要求红军出兵帮助他们打仗，救张学良将军回来。
周恩来、叶剑英反复劝说也不听。为防意外，周恩来决定将共产党派到西安工作的大多数人转移到三原红军驻地。叶剑英则留下来，陪同周恩来继续奔走于各方，耐心工作，平息风波。
1937年1月30日，天空飘着小雪。叶剑英陪同周恩来乘车到三原云阳镇红军司令部，同张闻天、彭德怀、任弼时、杨尚昆、左权等开紧急会议，反复讨论是否帮助东北军出兵与中央军打仗问题。会后，周、博、彭、任等联名致电毛泽东、朱德、张国焘等，提出两个解决问题的方案。大家认为，这一仗本来是不该打的，但是考虑到东北军和十七路军是我们的朋友，只要他们两方意见一致，红军可以暂时保留自己的意见而支持他们的主张，配合他们一起打。当晚，周恩来、叶剑英赶回西安，分别将这个决定告知杨虎城、东北军将领和少壮派军官。他们听后都感到高兴。接着，叶剑英同东北军、十七路军的参谋长一起具体地研究了军事部署和作战计划。然而，东北军中主战的“少壮派”和主和的“元老派”意见仍不一致。在“少壮派”提议下，东北军、十七路军的团以上军官在渭南东塬张家堡召开军事会议。叶剑英应邀出席会议并在会上发表讲话，他说：“我们大家应该团结起来，加强‘三位一体’，巩固统一战线，争取张将军早日返回，共同抗日，收复失地，使我们祖国能够成为一个独立自由、民主、强大的国家。”杨虎城也在会上讲了话。在他们讲话之后，和、战两派仍然争论不休。争到最后，形成如下决议：在张学良未回以前，坚决不撤兵；中央军如再进逼，不惜决一死战。到会的40余名军官在决议上签了字。1月31日晚上，在西安粉巷王以哲家里又召开三方最高军事会议，经过激烈争论，周恩来、叶剑英再三说服，最后作出宜和不宜战、促进和谈成功的决定，并决定派代表李志刚赴潼关与中央军代表在和谈文件上签字。然而孙铭九、应德田、苗剑秋等少数人仍然坚持主战意见。2月2日上午，“少壮派”突然下手，闯入王以哲家中，开枪打死了王以哲。“二二”事件严重地破坏了东北军的内部团结，破坏了西安与南京谈判和营救张学良的行动。爱国将领王以哲的被害，激起了东北军广大官兵的愤慨。西安城内谣言四起，到处笼罩着恐怖气氛。为了平息风波，制止事态扩大，周恩来亲自到王以哲家吊唁，帮助处理善后。叶剑英立即派刘澜波到渭南，向驻防前线的东北军将领传达“事件”的经过，宣传中共中央反对“二二”事件的态度，继续维护“三位一体”，坚持贯彻和平解决西安事变的方针。同时，周恩来、叶剑英等经过研究，派刘鼎护送孙铭九、应德田等几个肇事者到三原云阳镇红军驻地，再转往平津，避免了东北军内部报仇性的互相残杀。
这一段工作异常紧张和危险，稍有不慎就会使西安事变的成果毁于一旦。当年曾在西安工作的童小鹏、宋黎、常黎夫等回忆说，西安事变后，在军事方面，主要是叶剑英分管，因为他过去在国民党中间是个知名的人，对西安方面也比较熟悉。他在军事、情报这方面是内行的。周恩来负总责，叶剑英、秦邦宪协助周恩来一起工作。叶剑英肩上的担子不轻啊！
在周恩来、叶剑英等人的努力工作和斡旋下，西安方面在“二二”事件后不久，终于同南京方面达成了避免打仗的协议。
“西安捉蒋翻危局，内战吟成抗日诗。”
“西安事变”的结局尽管有些波折，但这次事变毕竟迫使蒋介石停止了10年内战。它成为中国现代史上从内战向抗战转折的一个重要枢纽。
西安事变后，国共两党代表正式开始了接触和谈判。南京政府派出顾祝同（军事委员会西安行营主任兼第一集团军总司令）和张冲、贺衷寒为国民党方面的谈判代表；中国共产党方面则以周恩来和叶剑英为谈判代表。从1937年2月11日开始，国共双方经过一个月的谈判，于3月8日达成协议。
当晚，顾祝同等人电告蒋介石作最后决定，以便执行。
不料，两天以后，国民党方面由贺衷寒提出一个修正案，对原已达成的协议作了重大的改动，提出许多中共方面无法接受的条件。周恩来立即将情况电告中共中央，并根据中央电示，约见张冲，表示共产党不承认贺案，要求见蒋解决。张冲表示可将周恩来的意见转报蒋介石。据龙飞虎回忆，2月13日，周恩来奉命返回延安开会，并等候与蒋介石谈判。叶剑英则留守西安红军联络处（后改为八路军西安办事处），与顾祝同等保持联络，继续磋商国共合作事宜。
红军联络处是10年内战后，中国共产党在国统区公开建立的第一个办事机构。它位于西安城内新城的北门外七贤庄1号。
这里原是德国医生海怕特·温奇（共产党员，曾任张学良牙科顾问）开设的一家牙科诊所。曾掩护中共地下活动，并帮助解决一些陕北红军所需的医疗器材和药品。国际主义战士海伯特在事变那天上午外出，不幸中流弹牺牲。经过周恩来、叶剑英与张学良协商，红军联络处便设在他的诊所。叶剑英主持红军联络处，同中央先后派来的李克农、张文彬、李涛、宣侠父等一直与国民党方面继续保持联系，并与各方人士接谈，为国共合作奔走，多方面地开展工作。他非常注意调整东北军、十七路军与红军的关系，帮助解决一些内部矛盾，继续维持“三位一体”联合抗日的良好局面。他还负责与国民党代表交涉领取经费、被服、装备等事，并讨论在兰州设立红军联络处问题。
4月15日，国民党谈判代表张冲急匆匆飞到西安，找叶剑英磋商蒋经国从苏联回国问题。蒋经国在第一次国共合作时赴苏留学，“四一二”反革命政变后，蒋经国在苏联曾发表声明与蒋介石脱离关系。1937年3月初，张冲建议中共通过在苏联的蒋经国来做蒋介石的工作，周恩来当即将这一情况电告中央，并建议中央同共产国际商量。经中共多方工作，苏联政府决定送蒋经国回国，并预定4月17日抵达上海。张冲此行即是为这事特来同叶商量的。
叶剑英当天致电中央请示：“张冲早晨到西安，说蒋经国于本月17日到上海。
张意要我们派人于18日乘飞机到沪与经国谈话，指示他活动方针及今后与党联系。张因不见我方消息，特来西安一次，在16日飞沪见经国，问周何日来西安。”
4月16日，毛泽东、周恩来电示叶剑英，可同张冲去沪见蒋经国，希望示意他以民主思想影响其父，增强其“对统一战线和共产党的信心”。“一切工作要适应环境去推动蒋，不要操之过急”。同时嘱叶将中央关于国民大会选举法的修改意见与张冲当面商榷，要他转达蒋介石、陈立夫及国民党中央常委会讨论。叶剑英虽因故未去，但按照中央的部署积极进行这一工作。
此间，他还接待一些国民党及其他各界来访人员，向中央反映有关情况，并负责处理各种问题。
叶剑英在红军联络处，还有一项重要任务，就是通过同国民党谈判，营救红军西路军失败后的被俘人员。1937年4月3日，中共中央致电叶剑英，要他向顾祝同提出：如果马步芳所部俘虏了徐向前、陈昌浩及其他干部，应严令其不得有任何残害行为。同日，毛泽东致电叶剑英，要他向顾祝同进一步交涉，令马步芳把集中在凉州的红军被俘人员全部调到平凉，经国民党第二十五师驻地，转交红四方面军，并制止马步芳残害与压迫被俘官兵。4月13日，毛泽东、周恩来连电叶剑英：西路军工委来电，约18日可抵敦煌，现有人数900多，枪五、六百，望你向顾祝同交涉，务使这批人到敦煌后马军不得为难。万一要枪，给他，人员必须全部送至兰州转给我们。叶剑英当即找顾祝同交涉此事，并要求派张文彬等去青海接回被俘的人员。4月15日，叶剑英复电：“顾已电马家敦煌部队勿再攻击，被俘人员开兰州处置，如俘徐、陈等于部不得残害”，“顾确以行营名义通令各军今后对红军要以友军看待，不得小视，且已得到各军将领复电遵照办理。”18日，毛泽东、周恩来致电叶剑英：送兰州的河西红军，望速向顾祝同接洽，派张文彬去接或开至平凉接收。后张到兰州经交涉，将被关押的部分西路军指战员解往西安，回到苏区。
一天，叶剑英突然收到一封没有寄信地址的信，他感到很奇怪，拆开一看，才知道是红四方面军三十军参谋长黄鹄显从西安一所监狱里托人寄出来的。原来，黄鹄显随西路军在河西走廊同马匪军作战时被俘，后来被送到西安，关押在新城监狱。同他一起被关押的，还有西路军的30多名营以上干部。
黄鹄显回忆说，我当时从一个看守监狱的士兵口中得知，国共正在谈判，在西安七贤庄有个红军联络处，周恩来、叶剑英在那里工作。我做通了那个士兵的工作，给叶剑英参谋长写了一封信，说明了情况，请那位士兵帮助寄了出来。
叶剑英收到信后，立即向周恩来作了报告。周、叶随即同蒋鼎文等进行交涉，并派联络处秘书孔石泉到新城监狱，将黄鹄显等人营救了出来。
在西安，叶剑英还亲自出马营救出许多西路军被俘人员。有一次，他得悉国民党当局押送一部分西路军被俘官兵从兰州到达西安火车站，并要转往他处。事不宜迟，他立即亲自跑到西安火车站，同国民党押送人员进行交涉，要求他们放人。对方毫不讲理，叶剑英十分生气。他急中生智，奔到站台上对被俘的同志大声喊道：“我是红军的叶剑英参谋长，情同志们下来跟我回去！”话音未落，被俘战友纷纷从车上跳下来，理直气壮地跟着叶剑英回到七贤庄。①七贤庄1号不仅是中共在西安公开的统战机关所在地，也是地下党的一个联络点。战斗在国民党统治区的中共地下组织经常通过这里向党中央反映情况，党中央也常交代叶剑英负责办理各地地下党组织的事情。叶剑英利用自己的公开合法身份，做了大量秘密工作。当时，有一些爱国青年学生和进步人士前往陕北，到达西安，都由红军联络处负责安排。著名作家丁玲从上海来到西安，就是叶剑英帮助联系车辆，派人护送到保安的。不少红军的干部和人员，也要经过七贤庄联络处，由叶剑英负责转送到其他地方。还有些红军负伤人员，如贺炳炎、谭友林等将领，也是经过叶剑英送地方医院救治的。由于来往人员很多，有一个时期，联络处的三辆汽车不停地跑，还不够用。叶剑英还要过问后勤工作，那时做军装、被服，陕北要比西安贵许多，叶剑英和联络处的同志设法在西安做好运到陕北。一个月要订做和运送几千套、上万套。其他的军用物资、医疗器械、药品等也是由联络处来经办的。
叶剑英大小事都要管，忙得不可开交。
由于红军西安联络处的出色工作，对团结各方人士共同抗日发挥出越来越大的作用。西安各界对它十分重视，国民党特务却加紧了对它的监视。叶剑英身居仅有几平方米的平房里，巧妙地应付各种复杂的情况。始终保持冷静头脑，沉着机智地与国民党顽固派进行斗争。他不顾个人安危，时刻关心着周围同志的安全，有一次，国民党特务突然绑架了联络处人员宣侠父，叶剑英挺身而出，亲自向国民党当局提抗议，坚决要人。后来，国民党当局不得不将宣侠父放回。叶剑英为了国共合作、共同抗日的大业，身负重任，两下西安，在充满惊涛骇浪的险恶环境里，经过前后300多个日日夜夜艰难曲折的斗争，终于完成了党赋予的重大使命。在卢沟桥事变的炮声中他又开始踏上新的更为艰难的征途。