1947年3月，北平军调部结束时，中共代表叶剑英、徐冰等人邀请张东荪、关世雄等民盟人士吃饭，把一台美国制造的电子管收音机送给民盟。“民盟利用这台收音机作为武器，昼夜收听解放区新华社的广播，然后抄写、复印、散发”，进行反对国民党独裁内战的斗争。同时，为了帮助张东荪领导的民盟华北总支部开展工作，中共地下党还给张东荪留下了一笔活动经费。此后，张东荪与中共地下党的联系便转入秘密状态。在这期间，张东荪和符定一通过地下党直接致函毛泽东，讨论时局，交换意见。毛泽东收到张东荪的信后，本想回信，但“又怕落入敌手，妨碍他们的安全，”所以，没有机会给张东荪回信。
1947年上半年，中共在国统区发起了“反饥饿、反内战、反迫害运动”。张东荪支持北平地下党的活动，并以燕京大学教授的合法身份，掩护燕京大学的进步学生和地下党员。据张东荪的家人回忆，当时张家几乎成了进步学生活动的中心，燕京大学学生领袖经常在这里聚会。张东荪告诫学生们不要做无谓的牺牲，有时也向中共地下党提出，这样的运动应该搞，但不宜搞得太多。当一些学生遭到国民党特务宪警的追捕时，他与燕京大学一些进步教授一起，设法掩护。为此，他也上了国民党特务的黑名单。国民党特务们曾寄来装有子弹头的匿名信，对张东荪和家人进行恐吓。
1948年春，随着中共军事上的胜利和国统区爱国民主运动的高涨，筹建新的政治协商会议的条件逐步成熟。1948年5月1日，中共中央在《纪念五一劳动节口号》中，发出“各民主党派、各人民团体、各社会宪达迅速召开政治协商会议，讨论并实现召集人民代表大会，成立民主联合政府”的口号。这一号召，与过去以民盟为代表的第三方面的主张一致，所以，立即赢得了中间阶层人士的拥护，他们纷纷通电全国，响应中共筹备召开新政协的号召，发起了新政协运动。
此时，张东荪仍然保持着与中共北平地下党的秘密联系，并设法与中共高层联络。当中共决定筹备召开新政协会议后，毛泽东专门给北平市委书记刘仁一封指示信，请刘仁转告张东荪等人：“我很感谢他们的来信，他们及平津各位文化界民主战士的一切爱国民主活动，我们是热烈同情的。”同时转告张东荪和符定一，请他们参加筹备新政协：“我党准备邀请他们两位及许德珩，吴晗，曾绍抡及其他民主人士来解放区开各民主党派各人民团体的代表会议讨论：（甲）关于召开人民代表大会成立民主联合政府的问题；（乙）关于加强各民主党派各人民团体的合作及纲领政策问题。我党中央认为民主党派及重要人民团体（例如学生联合会）的代表会商此项问题的时机业已成熟，但须征求他们的意见，即他们是否亦认为时机业已成熟及是否愿意自己或派代表来解放区开会。会议的名称拟称为政治协商会议。会议的参加者，一切民主党派及重要人民团体均可派遣代表。会议的决议必须参加会议的每一单位自愿同意不得强制。开会地点在哈尔滨。开会时间在今年秋季。”毛泽东特别向刘仁嘱咐：“上述各点请首先告知张东荪先生，并和他商量应告知和应邀请的是什么人。”可见，毛泽东对张东荪是很重视的，也是非常信任的。
刘仁领导的北平地下党立即向张东荪转达了中共中央的邀请，请他到哈尔滨参加新政协的筹备工作，并建议尽快准备离开北平，到东北解放区去。张东荪感到此时自己在燕京大学的课程还没有结束，突然离去，比较困难，希望等到学校放暑假时前往。
不久，中共北平地下党通知张东荪与共产党秘密交通员李才接头。为了不引起国民党特务的注意，张东荪让夫人吴绍鸿女士前去。张夫人与李才在东华门附近接头。李才向张夫人交待了中共地下党的指示。李刚走出不远，便被国民党特务发现，枪声大作，李才受了轻伤，但还是机智地逃脱了。张夫人吓得半天才缓过劲来。回到家中，将此事告诉了张东荪。在此后一段时间里，张东荪与中共地下党的关系一度中断。暑假时，他也没有能够离开北平赴哈尔滨。此后不久，中共北平地下党总学委负责人崔月犁（化名李大夫）负责与张东荪秘密联系。
1948年11月，中国人民解放军发动了平津战役。11月18日，傅作义通过彭泽湘、符定一到石家庄接洽与中共谈判问题。12月17日，傅的代表崔载之、李炳泉与解放军平津前线司令部代表苏静进行谈判。由于双方条件相差甚远，谈判很快陷入僵局。
致力于调和国共关系、促进和平早日实现的张东荪，一直关注着平津时局的发展。他坚决主张国共谈判，以和平方式解放北平。为了打破谈判僵局，中共方面也希望能找一位有影响的民主党派人士参加谈判作为缓冲，并可居中调停。他们首先考虑的人选就是民盟中央常委、秘书主任兼民盟华北总支部主任委员张东荪。因为一方面张东荪数年来一直在国内倡导和平，反对内战，是非常有影响和号召力的民主领袖，另一方面张东荪很早就与中共建立了联系，并在抗战时期为中共做过许多事情，加之思想逐步倾向中共，很受毛泽东的信任。这样，中共便决定让张东荪出山。中共地下党立即劝说张东荪出城谈判。
而此时的傅作义，由于嫡系王牌军35军刚刚被解放军歼灭，也意识到无法抵御中共的军事打击，也想尽快打开和谈局面。12月24日，他的老朋友侯少白向他推荐张东荪作为傅作义的代表出城与中共谈判，傅也感到派张东荪这样一位在社会上有影响的民盟领袖出面，有利于调解双方关系，便于打开谈判僵局。对此，有人回忆说：“此时傅作义心情沉重，郁郁不乐，急于寻找出路，他感到非谈不可的时候到了。于是接受高级政治顾问刘厚同（辛亥革命老人。解放后任天津市政协委员）的建议派政工处长周北峰少将与中共接触，他还对刘表示希望找一位民主党派的领导人一起去谈。中共地下党得知这一消息后，中国民盟华北总支部主委、燕京大学教授是一位合适人选，张东荪与我党原来就有来往，经中共地下党动员后表示愿意出城谈判。傅作义也认为民盟是一个大党，有声望、有威信，谈判时民盟作为中间人可起协调双方关系的作用。”可见，中共和傅作义都对张东荪寄以厚望。
1949年1月1日凌晨2时，中共中央军委致电平津前线司令员林彪，提出了与傅作义谈判的六点方针，并指示说：“惟我们希望傅氏派一个有地位的、能负责的代表，偕同崔先生及张东荪先生一道秘密出城谈判。”同时为了保证张东荪的安全，又特别强调：“如张东荪出城不能保守秘密，则张可以不出来。”
当李炳泉向傅作义秘密传达了中共中央“军委六条”后，出现了打破谈判僵局的机会。中共方面要求派一名“能负责任、有地位的人”出城去谈，傅作义立即想到华北“剿总”民事处长周北峰和极力主张和平的张东荪是最佳人选，但“因从未张有过接触，故傅先生亲自接见张，观察定夺。”1月5日下午，傅作义约张东荪在中南海居仁堂谈话。
傅作义开门见山地问：“张教授，宜生想与共党言和，你意如何？”张东荪回答：“言和是大势所趋，人心所向。傅总司令当机立断，不受他人甚至南京方面的干扰，实在令人敬佩。言和乃光明之途，不走和谈之路，古都危矣，傅总司令也危矣！”
张东荪教授的一番直言，使傅将军很痛快地下定了决心。傅作义说：“张兄所言极是，我想请张兄作为我的代表，代我辛劳一趟。如果张兄谈和成功，我傅宜生将感激万分！”张同意向中共方面转达傅的意见，但因为是民盟成员，不便作为傅作义的代表，请再派一名正式代表，与自己一起出城。傅作义答应了张东荪的要求，并提醒张东荪说：这事十分机密，“千万不能向外透露半点分声，否则，不但事情办不成，张先生的安全也将受到威胁，或带来不必要的麻烦！”
据后来张东荪向子女讲，当时会见场面很紧张，傅作义打着裹腿，全副戎装；当张向傅申明利害，表示愿意代他出城与解放军进行谈判时，傅的脸色才逐步缓和下来。
1月6日清晨，华北“剿总”秘书长王克俊，乘车首先来到府右街西测的穿堂门胡同，接上周北峰，尔后来到李阁老胡同张东荪家。王克俊告诉张东荪：“昨天您对傅先生所表示的意见，周北峰先生也赞成，您们现在就乘车出城去谈，路线及联络记号已约定好。出西直门，沿途有人告诉您们怎么办！”王克俊交待完后，匆匆忙忙离去了。此时，负责与张东荪联系的崔月犁走进来对周北峰说：“傅先生派您代表他去商谈和平解放北平的事情，解放军平津前线司令部表示欢迎。”然后告诉张东荪和周北峰说：“您二位这就走吧！我们也为您们的行动安排好了，出西直门直奔海淀，在那里有我们的人接，联络口号是‘找王东’。我接到我党的指示，叫我和你在这里见面，希望您们这次出城，能很好地完成这一历史使命，路上要小心，请张先生用白布缝一个小旗，绑在棍子上，通过火线时摇晃着白旗，就安全了。”
对此，崔月犁后来回忆说：“我约好与他们在李阁老胡同张东荪家见面。我和周北峰先生是第一次见面。他想先和我谈谈，因为出去的路线、时间、暗号都用电报与城工部联络好了，不能耽搁，我让他们马上就动身。周北峰说：‘我们这方面路过的军队管卡好说，到解放军那边怎么办？’我让他们带上一面白旗，准备过火线时用，并告诉了他们要走的路线和联络暗号。很快周北峰和张东荪一起出发了。”
周北峰、张东荪乘车出发，出李阁老胡同西口，经西四、新街口、西直门、直奔万牲园（即动物园）。在白石桥拐弯处，下车步行，他们打着白旗，对上了暗号，通过火线后，由解放军派吉普车送到西山。1月7日，张东荪与周北峰抵达蓟县八里庄。
中央军委对此次谈判非常重视，1月7日，继早晨5时向林彪、聂荣臻电告关于与傅作义代表周北峰谈判方针后，下午3时又致电林、聂：“周北峰、张东荪到后，你们先要他们对我们六点意见表示态度，并与他们商谈具体办法，随即以他们态度及商谈意见电告我们，并留他们住几天”。1月8日，聂荣臻向二人讲述了全国战局及平津前线的形势后，便分别与张东荪、周北峰进行了晤谈。
聂荣臻直接了当地问张东荪：“出城前，傅作义向您交了哪些底，他对这次和谈诚意如何？”张东荪向聂荣臻转达了傅作义的四项要求：“1、平、津、塘、绥一齐解决；2、平津以后能否有其他报纸，不只是中共一家的报纸；3、政府中要有进步人士；这两条都是傅作义冠冕堂皇的陪衬话，实质是他要保留他的报纸，他要参加新政府。4、军队不要用投降或在城内缴械的方式，采取有步骤的办法，即调出城外，分驻各地，用整编等方式解决。如贵军同意此方针，双方派代表协商拟定具体办法。”
当聂荣臻继续询问傅作义的思想动向时，张东荪坦率地谈了自己的看法：“傅称中下级军官多为傅的人，能控制，能保证。如有不遵令者，傅可解决他。依我本人看，基本问题是军队问题，我是外行，请您们仔细考虑！”聂荣臻又问：“傅究竟是什么打算？能否永远站在人民解放军方面来，还是跟蒋介石殉葬，或者还幻想第三条路线？”张东荪回答：“我的观察，傅是决不能打下去了，其原因是主力被歼；美援无望，前不久有一批美援经上海时被国防部换了一批坏货，傅很不满意；城内粮食不能持久。傅一脑子旧东西，不愿在中共下面做事，第三条路线曾经有人活动过，我曾竭力阻止和破坏，现在傅打消了这一打算。我看傅还是要点面子下台，我把他这种下台称之为‘光荣的交待’。”
张东荪的分析，使聂荣臻基本摸清了傅作义当前的思想动态和谈判的底牌。随后，聂荣臻又和周北峰进行了会晤。周北峰表示：“我是奉命来谈全面问题的，包括平、津、塘、绥的一揽子和谈。”同时，想弄清“解放军对和平解决的条件”。聂回答说：“条件很简单，我们要求他停止抵抗。”周说：“这次叫我出城商谈，我看是有诚意的。这是大势所迫，人心所向，只有走这一条路。当然在具体问题上，还可以费些周折。”聂荣臻以十分严肃的口吻警告说：“傅先生不能取骑墙态度，只能站在人民解放军一方面，其军队只能编为人民解放军，不能有其他名义。平津问题要迅速解决，否则我军即将举行攻击。”