周恩来在庐山和延安之间穿梭。带着庐山的雾气，他在六月十八日回到延安，和毛泽东商讨蒋介石提出的成立“国民革命同盟会”的问题。刚刚有了眉目，蒋介石于六月二十六日又给周恩来发来电报，邀他再上庐山。于是，周恩来带着在延安起草的新文件，和博古、林伯渠一起，于七月四日到达西安。就在周恩来一行到达上海的那一天，形势急转直下。
那一天——一九三七年七月七日，成为中国现代史上划时代的一天。所谓“八年抗战”，就是从这一天算起。这天夜里十时，位于北平西南十五公里处、宛平县境内的卢沟桥，一片紧张气氛，正在那里进行军事演习的日军，声称有一名士兵失踪，需进入城内搜索。国民党军队理所当然地拒绝这一要求。八日凌晨四时，卢沟桥畔响起了激烈的枪炮声，日军发动了大规模的进攻，当地国民党驻军二十九军吉星文团长率部奋起抵抗，史称“卢沟桥事变”。七月八日晨，北平市市长秦德纯急电庐山，向蒋介石报告“卢沟桥事变”。这一回，蒋介石的态度比六年前“九一八事变”时要好得多了。他在当天，致电国民党二十九军军长宋哲元，鲜明地指出:“宛平应固守勿退，并须全体动员，以备事态扩大。”这与“九一八事变”时，蒋介石发给张学良的“我方应不予抵抗”的《铣电》，迥然不同。
毛泽东也迅速作出了反应。延安发出了《中国共产党为日军进攻卢沟桥通电》:“全中国的同胞们!平津危急!华北危急!中华民族危急!只有全民族实行抗战，才是我们的出路!我们要求立刻给进攻的日军以坚决的反攻，并立刻准备应付新的大事变。”全国上下应该立刻放弃任何与日寇和平苟安的希望与估计。
就态度而言，毛泽东比蒋介石更坚决；就影响而言，蒋介石比毛泽东更大——因为国民党的军权在蒋介石手中，而国民党军队在当时比红军要强得多、大得多。也就在这一天，毛泽东致电蒋介石，全文如下:
庐山蒋委员长钧鉴:
日寇进攻卢沟桥，实施其武装攫取华北之既定步骤，闻讯之下，悲愤莫名!平津为华北重镇，万不容再有疏失。敬恳严令二十九军，奋勇抵抗，并本三中全会御侮抗战之旨，实行全国总动员，保卫平津，保卫华北，收复失地。红军将士，咸愿在委员长领导之下，为国效命，与敌周旋，以达保土卫国之目的，迫切陈词，不胜屏营待命。毛泽东、朱德、彭德怀、贺龙、林彪、刘伯承、徐向前叩《中共中央文件选集》，第十一册，中共中央党校出版社一九九一年版。翌日，彭德怀等“率人民抗日红军全体指挥员战斗员”又发表致蒋介石通电，表示:“红军愿即改名为国民革命军，并请授命为抗日前驱，与日寇决一死战。”这份电报公开表明，为了抗日，红军的红帽子要换成“国民党帽子”了。大敌当前，国共同仇，卢沟桥的枪声，促使了蒋介石和毛泽东迅速接近——尽管他们之间还有着这样那样的分歧。
日本内阁会议则在七月十一日发表就卢沟桥事变作出的决定:“这次事件，完全是中国方面有计划的武装抗日，已无怀疑的余地。我们认为，不但必须最迅速地恢复华北的治安，并且有必要使中国对非法行为，特别是排日、侮日行为，表示道歉……”日本内阁的颠倒黑白的决定，在中国激起了公愤。
八月十三日，周恩来、博古、林伯渠来到了国民政府的“夏都”——庐山。
这时，庐山上大员、名流云集，内中许多人胸前别着圆形白底蓝色“五老峰”徽章。这特殊的徽章，是特殊会议的特殊通行证。这特殊的会议名曰“庐山谈话会”。出席会议的有国民党中央要员、国民政府高级官员、各界名流，共二百三十一人。谈话会在庐山牯岭市街附近的牯岭图书馆大礼堂里举行。会议由蒋介石、汪精卫主持。
虽说周恩来上了山，如他所言:“庐山谈话会的时候，共产党没有份。我同林伯渠、博古同志三个人不露面，是秘密的。”周恩来还说，这个谈话会“不是大家坐下来开圆桌会议，一道商量，而是以国民党做主人，请大家谈话一番”。战火正在山下燃烧，抗日成了庐山谈话会的中心议题。就连国民党内的亲日派头目汪精卫，此时在谈话会上也大谈抗日:自“九一八”以来，精诚团结，共赴国难，成为全国一致的口号……最近卢沟桥事件突发，危急情况更加严重，根本方法仍是精诚团结，将全国的心力物力溶成一片。
在宴会上汪精卫还发表了一通十分动听的祝酒词:我们现在耳朵里听着卢沟桥的炮声，眼睛里见着前线战士的拼命与战地人民的受苦，实在没有可以开颜相向的理由，但是想起在环境艰苦中，培养元气，生机不断，精神不死，实在可使我们感激奋发。谨此理由，满举一杯，祝各位先生健康。引自徐炳升《一九三七年庐山谈话见闻》，《上海文史资料》，第四十四辑。蒋介石呢?七月十七日，他在庐山谈话会上发表了著名的演说，有这一段话，在当时几乎是家喻户晓的:“如战端一开，那就地无分南北，人无分老幼，无论何人皆有守土抗战之责任，皆应抱定牺牲一切之决心。”这段蒋介石语录，当时写遍中国的大街小巷。这是蒋介石对于抗日的最明确的表态。也就在这次演说中，蒋介石自己思想转变的过程，倒十分真实:我们要应付国难，首先要承认自己国家的地位。我们是弱国，对自己国家的力量要有忠实的估计。国家为进行建设，绝对需要和平，过去数年中不惜委曲忍痛，对外保持和平，即是此理。……如果临到最后关头，便只有拼全民族的生命，以求国家的生存，那时节再不容许我们中途妥协。
蒋介石这段话，说了自己为什么“过去数年中不惜委曲忍痛”，即“不抵抗主义”的原因。蒋介石的另一段话，说出了这次采取抗日态度的原因:我们的东四省东四省当时是指黑龙江、吉林、辽宁、热河。失陷，已有六年之久，继之以塘沽协定。现在冲突地点，已到了北平门口的卢沟桥。如卢沟桥可以受人压迫强占，我们五百年故都北平，就要变成沈阳第二。今日的北平如果变成昔日的沈阳，今日的冀察也将成昔日的东四省。北平若变成了沈阳，南京又何尝不可变成北平。所以，卢沟桥事变的推演，是关系中国国家的整个问题。此事能否结束，就是最后关头的境界。
蒋介石这番演讲，极为重要，表明他抗日的决心。照理，这一回庐山国共谈判应该顺利，却出乎意料变得异常艰难。谈判在蒋介石、邵力子、张冲和周恩来、博古、林伯渠之间进行。周恩来带着由他起草的《中共中央为公布国共合作宣言》上山，蒋介石改了两句，却又扔在一边。蒋介石在许多问题上“加价”，弄得周恩来颇为为难。内中最明显的是关于红军改编后的指挥权问题。上一回，蒋介石提出红军改编之后，由“政训处”指挥。周恩来当即表示疑惑不解，问道:“委员长，政训处何能指挥部队?”蒋介石傲然道:“我是革命领袖，我要他们指挥，他们就能指挥。”这一回，蒋介石又改口说:“政治机关只管联络，无权指挥。可以周恩来为主任，毛泽东为副主任。”显而易见，蒋介石故意提出的“周正毛副”，这是中共所无法接受的。周恩来无奈，在山上给蒋介石写了一信:“此与来(注:周恩来自称)上次在庐所面聆及归陕向党中诸同志所面告者出入甚大，不仅事难做通，且使来一再失信于党中同志，恐可是碍此后各事之进行。”蒋介石依然我行我素，不把中共放在眼里。
那些日子，毛泽东正在延安抗日军政大学，讲授《实践论》、《矛盾论》。接到周恩来发自庐山的电报，毛泽东对蒋介石的反复无常，怒气冲冲。他决心对蒋介石采取强硬态度。七月二十日，署名“洛、毛”的电报，从延安发给庐山上的周恩来：
周转林:
甲，日军进攻之形势已成，抗战有实现之可能。
乙，我们决心采取蒋不让步不再与谈之方针。
丙，请你们回来面商之。
此处的“林”，指林伯渠。接到毛泽东、张闻天的电报，周恩来、博古、林伯渠随即下山，飞往上海了。周恩来等在上海会晤了宋庆龄，向她通报了国共谈判的情况。七月二十七日，周恩来等飞抵西安。