中央红军长征到达陕北苏区后，中共中央根据日军继续侵略的严峻形势，公开提出团结抗日的主张，通过对张学良开展统战工作后，建立了秘密的统一战线。而杨虎城过去同共产党有秘密往来，建立了友好关系，拥护抗日，不打内战。于是，先后与东北军和十七路军达成了互不侵犯、在防区内取消敌对行动、取消经济封锁、建立军事联络以及联合抗日等协议，形成了“三位一体”联盟。张、杨两人曾多次劝谏蒋介石停止内战，联共抗日，都遭到蒋介石的训斥和拒绝。
蒋介石发出围剿红军的命令后，胡宗南言听计从，结果在山城堡受到了重创。为此，蒋介石十分生气，曾耳闻东北军和十七路军与共产党频繁接触，就认为张学良和杨虎城不可继续信任，就于1936年12月4日飞抵西安督战，坚决施行“攘外必先安内”策略。蒋介石下榻于临潼华清池后，连日召见师以上军官，还郑重地举行了第六次围剿红军的军事部署会议，要求东北军和西北军打先锋，到陕甘前线作战。严肃明令：如不服从则将两军调往外地，有中央军直接“剿共”。面对民族危难，张学良和杨虎城难以服从命令，连续几天多次劝谏蒋介石以民族利益为重，停止内战，团结抗日，陈述“攘外则内自安”的道理，都遭到蒋介石的屡次斥骂。很明显，蒋介石“剿共”态度非常坚决，几乎不可回头。
12月7日下午，张学良抱着最后的希望，声泪俱下地再次劝谏蒋介石停止内战，一致抗日，长达3个小时的哭谏，蒋介石始终没有为之所动。当夜，杨虎城对张学良初步提到兵谏的想法。
9日，西安各学校一万多名学生上街游行，纪念一二九爱国运动一周年，要求停止内战、一致抗日。因得不到政府的满意回答，浩浩荡荡的游行队伍离开西安，向蒋介石住处华清池而去。蒋介石闻讯立即指示开枪镇压，严加制止。对此，张学良除了失望，心情更加沉重，获知蒋介石在灞桥布置了一个营的部队，架起了扫射学生的机枪。于是，张学良不顾一切，追至十里铺，挡住学生。游行队伍中的东北籍学生，围住张学良哭喊着请求东北军打回老家去，要求停止内战、抗日救国。看到学生们声泪交加，张学良也流泪了，表态在一个星期内用事实给大家一个答复。也就此下定了“兵谏”的决心。
11日上午，张学良按惯例到华清池晋见蒋介石，有意带了两个侦查华清池道路和地形的随从。下午，蒋介石生气地抛开张学良和杨虎城，再次召开军事会议，重新部署“剿共”，宣布蒋鼎文为西北“剿共”前敌总司令，卫立煌为晋陕绥宁四省边区总指挥，陈诚以军政部次长名义指挥绥东中央军。
与此同时，张学良和杨虎城在绥靖公署大楼召集东北军和西北军要员开会，宣布对蒋介石进行“兵谏”，详细安排了各部任务。张学良的东北军负责前往临潼华清池扣蒋，杨虎城的西北军负责扣押随蒋介石而来的住在西安城内的国民党军政大员。张学良任命东北军一0五师师长刘多荃为总指挥，确定内线、外线两个行动部分，外线在华清池四周警戒，防止蒋介石的卫队武装突围；内线由孙铭九、白凤翔、刘桂五、王玉瓒进入华清池，执行扣蒋任务。
蒋介石在12月11日的回忆中写道：
是晚召张、杨、于与各将领来行辕会餐，商议进剿计划。杨、于均未到。询之张汉卿，则知彼已于今晚宴来陕之中央军政长官，杨、于先在西安招待，俟此间餐毕，将邀诸人同往也。汉卿今日形色匆遽，精神恍惚，余甚以为异。殆以彼昨来见时受余责斥，因而不快欤？或彼已闻余训责黎天才之而不快欤？临睡思之终不明其故。以时迟，亦遂置之。
张学良在11日夜，传唤自己的警卫营长孙铭九，叮咛说：“你去请蒋委员长进城，绝对不能把他打死。明天这个时候，说不定我们不能见面了，你死，我死，说不定了。”
夜半时分，孙铭九等人带东北军士兵朝临潼出发了，士兵不知道此次行动的真相，只对士兵谎称：张学良司令被蒋介石扣押在华清池，赶快去营救！只有活捉了蒋介石，才能救张司令！
蒋介石在华清池的住处，院内有警卫队30多人；院外的禹王庙驻有宪兵70人左右。黑沉沉的夜色里，当孙铭九部下100多人分乘两辆大卡车，于凌晨时分到达华清池大门前，强行朝里闯，门卫被迫开枪，枪声打破了寂静，随之展开了激烈的枪战。
经过一番混战，孙铭九和部下绕过了火力猛烈的二道门，匍匐爬进了五间厅，冲进蒋介石的卧室，一看，房里没有人，桌子上放着皮包和假牙，被窝还是暖的，一扇窗户开着，无疑蒋介石跑了。所有人都大吃一惊！如果蒋介石脱逃，后果就不堪设想。
此时，负责扣押南京军政要员的西北军，把西京招待所团团围住，睡梦中的十余名军政要员和他们的家属、随从看到手持枪械、面目不善的士兵闯入房间，对他们竟然厉声呵斥，明白有了变故，只好服从命令去大厅里集中。
此时，志丹县城还在黎明的梦中，滴滴答答的电报声忽然响起，机要科长叶子龙被电台值班员叫醒。中共驻东北军联络代表刘鼎从西安发来加急电报，说张学良、杨虎城在西安发动“兵谏”。叶子龙一看电报是半白半文的语言，其中有“兵谏”两字，不太懂，立即送到了隔壁毛泽东的窑洞，“吾等为中华民族及抗日前途利益计，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。”①毛泽东还没有睡，看了电报非常兴奋，一拍大腿站起来，挥手说：“去睡吧，明天有好消息。”
“捉拿蒋介石”的消息迅速传开，志丹山城沸腾起来。机关工作人员和红大学员纷纷穿上衣服，打着火把，奔走相告，涌向党中央领导的住处——石窑院。大家欢呼雀跃，群情激昂，要求把蒋介石公开审判，然后枪毙，为人民报仇雪恨！
事发突然，中共中央领导聚集在张闻天的窑洞里，就西安事变开始紧急讨论。
此时，华清池的东北军将士焦急万分，担心蒋介石一旦脱逃，后果不堪设想。经过反复判断，认为蒋介石可能逃上了住处背后的骊山，当即组织士兵开始拉网式搜寻。并发布命令：绝对不许伤害蒋委员长，谁活捉蒋委员长，奖赏一万元。
拂晓时分，孙铭九手下一个叫陈思孝的班长，在山上抓住了蒋介石的贴身侍卫、侄儿蒋孝镇。接着在半山上的一个山洞里找到了蒋介石。蒋介石光着头，赤着脚，身穿睡衣，不失威严地走出来，问：“你们是哪里的？”赶来的孙铭九说：“我们是东北军，张副司令让我们来保护委员长，请委员长进城，领导我们抗日，打回老家去！”
蒋介石被“请下了山”，坐小轿车直达西安。
毛泽东和周恩来复电张学良：为防御南京政府的军事进攻，提议双方在军事方面的布防，并说“恩来拟赴兄处协商大计”①。
西安事变震惊了世界。在“兵谏”中，国民党中常委邵元冲死于流弹；蒋介石的副侍卫长蒋孝先被打死。死亡的要员还有速记秘书萧乃华、中央宪兵二团团长杨镇业、中央宪兵三团中将杨国珍等。
一夜之间，蒋介石从领袖位置变成了部下的“阶下囚”，以为必遭加害，恼羞成怒，不容张、杨有任何解释，以绝食抗议，顽固表示：“我是革命者，随时准备牺牲自己，我绝不会改变我的观点。”当了解到张、杨只为抗日，并无加害之意，蒋介石的情绪才缓和下来。
扣蒋之后，张学良和杨虎城等18位高级将领在西安宣布成立抗日联军临时西北军事委员会，并署名向全国发表《对时局通电》，提出了八项政治主张：
一、改组南京政府，容纳各党各派，共同负责救国。
二、停止一切内战。
三、立即释放上海被捕之爱国领袖。
四、释放全国一切政治犯。
五、开放民众爱国运动。
六、保障人民集会结社一切政治自由。
七、确实遵行孙总理遗嘱。
八、立即召开救国会议。
张学良和杨虎城又致电冯玉祥、李烈钧等地方实力派以及南京政府行政院副院长孔祥熙和蒋介石夫人宋美玲，阐明“兵谏”的目的是为了让蒋介石反省，停止“剿共”，一致抗日。这使主和派宋美玲等相信张、杨并无加害蒋介石之意，坚定了他们和平解决西安事变的信心。
同时，为了防备中央军的进攻，张学良和杨虎城积极进行军事上的防御部署，使国民党讨伐派的行动不得不有所顾忌，也为和平解决西安事变创造了有利条件。