聂荣臻与张东荪和周北峰分别会谈后，立即将会谈情况向中央军委作了汇报，请示谈判方针。毛泽东收到林彪、聂荣臻的电报后，经过反复研究，于1月9日凌晨2时，以中央军委名义致电林、聂：“（一）因为傅作义派人出来谈判，具有欺骗人民的作用，并有张东荪在场，故我们应注意运用策略。你们应回答如下几点：（甲）平津塘绥均应解决，但塘绥人民困难尚小，平津人民困难甚大，两军对峙，军民粮食均有极大困难，故应迅速解决平津问题。（乙）为避免平津遭受破坏起见，人民解放军方面可照傅方代表提议，傅方军队调出平津两城，遵照人民解放军命令开赴指定地点，用整编方式根据人民解放军的制度改编为人民解放军，并由双方代表于3日内规定具体办法，于1月12日下午1点开始实施。平津两处办理完毕后，即可照此办法解决塘绥问题。（丙）政府中有进步人士。平津报纸不只中共一家，是中共民主纲领中原来就有的，故不成问题。（二）估计傅作义对于乙项是不能实行的。如果他能实行将军队开出城外，我们亦有办法将其缴械，故可大胆答应傅方提议，表示仁至义尽，你们即应与周北峰讨论实行此条的具体办法，例如军队出城所取道路、驻地及其他事项，逼傅在12日开始实行，使张东荪看了认为我方宽宏大量，完全是为保全平津人民的生命财产而出此。（三）对于要傅开口子、扣军官，实行里应外合这一点，现在不要提，待攻克天津后再说。（四）如张东荪不愿久待，即可派车送他来中央所在地，并派人妥为照料。”
1月9日上午9时，双方进行正式谈判。周北峰首先代表傅作义提出了和谈条件：（1）平津塘绥问题一齐解决；（2）傅作义所属部队以团为单位出城整编；（3）对于新保安、张家口、怀来作战中被俘的人员一律释放，不作战俘对待；（4）文职人员都吸收到新的工作单位继续工作，对傅的军队、行政、文教等人员予以安排，给予生活出路；（5）政治民主、经济平等、言论和信仰自由，《平明日报》继续发行；（6）对傅作义的所属军政人员已往罪过不要追问。
周北峰提出这六项条件，表明傅作义已经开始与中共进行真诚的谈判。双方的谈判开始进入实质性会谈阶段。
林彪根据中央军委的指示，提出了中共方面的谈判条件，作为对傅作义方面条件的答复：“（1）所有军队一律解放军化，所有地方一律解放区化，即把傅作义军队调出平津两城，遵照人民解放军的命令开赴指定地点，用整编方式改编为人民解放军；（2）只要傅作义让解放军和平接收平津，允许傅部编一个军，对傅作义不作战犯看待，在政治上给他一定的地位，并允许保存私人财产；（3）对张家口、新保安、怀来战役被俘人员可以一律释放，对傅部的起义人员一律不咎既往，凡愿继续工作的都可以留下来安排适当的工作，不愿工作而要还乡的人员，都可以资遣，并发给资遣证明书，令其返乡，并嘱咐地方政府，对其返乡后也不予歧视。”聂荣臻分析了当前形势和平津战局后也说：“傅先生除了放下武器，把文化古都北平和工业城市天津保全下来，为人民做些好事外，别的再无出路，希望傅先生早下决心，当机立断！”
张东荪听后，非常高兴，连声称赞：“把驻守平津的国民党军队全部调出城外，开到指定地点，按照解放军编制、制度，改编为人民解放军，这个办法好，傅先生一定能接受。”
由于谈判双方都有诚意，意见也基本一致，谈判暂行休会。张东荪后来在谈起这次会谈的印象时说：聂荣臻非常亲热，但并没有多少实质性的话；林彪则一直铁青着脸，神色冷峻，一条一条地抠协议条文，直到谈判都结束了，他的脸色才缓和下来。
10日上午，双方就军队如何改编、城市如何接管、人员如何安排等具体细节问题，又进行了一次会谈磋商，并由中共代表苏静根据谈判内容整理了一个《谈判纪要》。林彪、聂荣臻和周北峰都在“纪要”上签了字，张东荪却谢绝在《纪要》上签字，他说：“我是民盟成员，代表不了傅作义将军，只能在你们双方之间当个调解人和见证人。”当林、聂转达中央军委让他到中共中央所在地会晤毛泽东时，张东荪表示要先回燕京大学一趟，做些必要的准备，然后再启程去会晤毛泽东。苏静赠送张东荪和周北峰每人一双军靴作为纪念。
对北平和平谈判，很多人都尽了力。张东荪在关键时刻出城，不仅打开了双方和谈的僵局，而且也取得了实质性进展。这主要得益于傅作义方面和中共方面都有和谈的诚意及双方对他的高度信任。毛泽东事后在颐和园一次会议上当着许多人的面，树起大拇指说，北平和平解放，“这是张先生的功劳！”
张东荪也认为，这是他一生中所做的最得意的一件事情。他曾在1950年自题曰：“余亦自谓生平著书十余册，实不抵此一行也。”
筹备新政协会议，入选中央人民政府
1949年1月10日晚，张东荪在解放军的保护下乘车返回北平燕京大学。他在燕京大学作了一个讲演，是解释为什么坚决主张与中共进行和平谈判。他形象地用“老鼠与花瓶”比喻傅作义的部队与文化古城北平：老鼠是可恶的，人人都想消灭它，但它却躲在一个精美的花瓶中；既要消灭老鼠，又要不打碎花瓶，就不能不采取和平方式、用和谈的办法解决。张东荪的讲演获得了广大师生一片支持和喝彩声。
1949年1月中旬，在中共地下党的安排下，张东荪与费孝通(代表民盟)，雷洁琼夫妇(代表民进)，到华北解放区出席中共中央召开的民主党派的会议。他们先到石家庄，然后再到中共中央驻地西柏坡。
张东荪一到西柏坡，便送给毛泽东一本自己的封笔之作棗《民主主义与社会主义》；毛泽东也回赠他一套东北解放区出版的《毛泽东选集》。据张东荪后来对家人说，当时他出发去石家庄时神情非常兴奋，想向毛泽东和中共阐明自己关于即将成立的联合政府内外方针问题的意见。
张东荪向毛泽东所要陈述的，实际上仍是所谓“新型民主”的主张。对于毛泽东提出的新民主主义的许多内政方针，张东荪发表了自己的见解。如对于中共正在实行的土地改革，张东荪承认有其合理性，但仍劝中共应该迅速把重心放在发展农业生产上；对于以爆烈方式对付反动派的破坏，张东荪对中共用严厉方式镇压虽表示理解，但仍不是非常赞同。但总体上看，双方在召开新政协、建立联合政府、进行新民主主义经济建设等重大内政方针上是一致的。
然而，在讨论新中国的外交方针时，两人产生了巨大分歧。毛泽东认为新中国的外交方针只能是一边倒向苏联，必须实行“一边倒”。张东荪则主张应该走“中间路线”，在国际上不亲近美国也不亲近苏联，或者可以比较亲近苏联，但也要与美国建立良好关系，不能反美。因为一方面中国的建设需要美国的支援，另一方面如果中国倒向苏联一边，会刺激美国，导致美苏关系恶化，导致中国与美国直接对抗，中国可能成为苏美冲突的牺牲品。毛泽东坚决不同意张东荪的主张，认为很多知识分子都存在着严重的“亲美”“恐美”思想，张东荪不同意“一边倒”向苏联，就是这种思想的反映。张东荪与毛泽东双方各执己见，谈话的气氛一度非常紧张。
同时，毛泽东对张东荪的“中间路线”主张和“亲美”思想进行了委婉的批评，他说，革命胜利后就要召开新政协，成立中华人民共和国，希望民主党派站在人民大众的立场同中国共产党采取一致的步调，真诚合作，不要半途拆伙，更不要建立反对派和走中间路线。
1949年2月，当张东荪回到北平时，情绪比较低沉，显出一副较失望的样子。
张东荪与毛泽东这次会谈时的分歧，实际上是中共“新民主主义”理论与张东荪“新型民主”主张的冲突。对于国内问题，中共主张召开新政协、成立联合政府、实行新民主主义的经济政策等，都与张东荪所主张的多党合作、混合经济、保留私有财产等相似；尽管存在着一个领导权这个核心问题的根本差别，但此时该问题尚不突出，这样双方能够在内政问题上保持一致。对于国际问题，张东荪从30年代起便已经形成了调和资本主义与社会主义的思路，数年来一直思考着如何调和美苏冲突。他所谓“中间性的政治路线”和“新型民主”的重要内容，就是主张既不亲美，又不亲苏，对双方保持同等的距离，反对美国把中国当作反苏基地，但欢迎美国对中国的经济建设给以援助；不亲近苏联，以免刺激美国，从而导致美苏冲突，爆发第三次世界大战，给中国带来巨大灾难。而毛泽东对于美帝国主义的本质有着深刻的认识，对于它支持国民党打内战、阻碍和干涉中国革命的野蛮行径有着切身的体会，对于它与苏联对抗、破坏国际共产主义运动的阴谋有所了解，断定美帝国主义与国民党一样，是中国人民凶恶的敌人，是革命的对象。新中国的外交方针，自然不能与这样的帝国主义结盟，而必然倒向苏联为首的社会主义阵营一边。
张东荪与毛泽东的分歧，实际上也是马克思主义思想体系与资产阶级思想体系的一次冲突。尽管张东荪的“新型民主”与毛泽东的“新民主主义”有许多相似处，但毕竟属于两个性质不同的思想体系。毛泽东是站在无产阶级立场上，坚持马克思主义的阶级斗争与无产阶级专政学说，提出联合政府主张和实行新民主主义经济政策的，他强调在新的政权中无产阶级及其政党的绝对领导地位，也强调在“混合经济”中社会主义经济成分的主导地位，并且一再指出：新民主主义政治经济制度的发展前途，是社会主义。而张东荪则是站在资产阶级改良立场上，坚持民主主义的原则，提出成立联合政府和混合经济主张，但他根本就不赞同无产阶级在新政权中的领导地位，更不主张社会主义经济成分在混合经济上的主导地位，同时他所谓“新型民主”的前途，实际上仍是民主主义。尽管他认为民主主义与社会主义在原则上是相同的，但作为政治和经济制度，社会主义与民主主义并不相同，这样，张东荪主张的“新型民主”只能是资产阶级的民主主义政治经济文化。“新型民主”与“新民主主义”的相似处，成为张东荪与中共合作的政治和思想基础，而两者存在着的根本分歧，又是导致张东荪与中共合作中出现矛盾与冲突，乃至合作破裂的内在根源。而1949年初张东荪与毛泽东的这次观点分歧，仅是双方政治思想冲突的开始而已。对此，政治上非常敏感的张东荪似乎已经察觉了。
毛泽东通过与张东荪的会晤，也同样看到了中国民族资产阶级知识分子与中共的思想分歧，看到了他们对即将成立的新的国家政权的幻想，也看到了他们中间普遍存在着的对于美帝国主义的幻想和恐惧心理。1949年6月30日，毛泽东发表《论人民民主专政》，公开阐明了中共对新民主主义国家政权的观点，对资产阶级知识分子中存在的这些错误思想进行了严肃的批评和教育。他指出：“我们的经验，集中到一点，就是工人阶级（经过共产党）领导的以工农联盟为基础的人民民主专政。这个专政必须和国际革命力量团结一致。这就是我们的公式，这就是我们的经验，这就是我们的主要纲领”。公开强调了无产阶级的领导和与苏联结盟的重要性，新的国家政权决不是资产阶级民主共和国。
1948年8月5日，美国政府发表了《美国与中国的关系》的白皮书，公布了若干反对中国人民革命的真实材料。中共中央认为，白皮书的发表是教育那些对美国抱有幻想的资产阶级知识分子（即所谓“民主个人主义者”）的反面教材，于是新华社接连发表了6篇对白皮书的评论，除了《无可奈何的供状》外，其余5篇都是毛泽东亲笔所写。毛泽东对白皮书的评论，与其说是针对美国的，还不如说是针对那些要走“中间路线”、对美国抱有幻想的“个人民主主义者”，因为他们是美国所依靠的力量，所以毛对他们保持了较高的警惕性。而美国所谓的中国“民主个人主义者”，实际上就是张东荪、罗隆基等为代表的资产阶级知识分子。对此，罗隆基似乎做了肯定的回答。罗隆基在新华社发表《六评白皮书》后，托人转达以下意见给司徒雷登。他说：“美国如不先放弃蒋而续予支持，则中美关系很难改善。美国必须决定放弃一边。但即使美国放弃蒋，与中共恢复外交关系，欲立刻或一、两年内，使中共与美国关系超过与苏联关系，仍不可能。最好美国先以一部分救济物资，无条件送给中国，同时放弃麦克阿瑟派的援蒋活动，则在相当时期后，自有转圈的机会”。“民主人士不会有力量，只是陪衬而已。白皮书指出民主个人主义者是最不聪明的举动。所谓民主个人主义者，自不是指的胡适与李宗仁，而是罗隆基、张东荪。但一经美国指出，中共对所有民主人士都怀疑了，特别于我和张东荪。所以，有的地方我都没出来。”此后，张东荪对中共的态度明显地消极起来。
1949年6月15日，新政协筹备会在北平正式成立。毛泽东在中南海勤政殿开第一次全体会议。张东荪以民盟中央常委的身份与张澜、沈均儒等代表民盟参加了筹备会。6月18日，负责起草政府组织大纲的第四小组举行成立会，张东荪与张志让、滕代远、阎宝航、雷洁琼、陈其尤、林厉儒等7人被推举为委员，负责讨论提纲，张志让为召集人。6月25日、8月19日，张东荪参加了两次政府组织大纲的起草和修改讨论会议，修正通过《政府组织法草案》。9月20日，新政协筹备会常委会第8次会议，决定新政协一次会议于21日下午7时在怀仁堂举行。确定参加的单位15个，正式代表510人，候补代表77人，特邀代表75人，共662人。张东荪与张澜、沈钧儒、章伯钧、罗隆基、史良、周新民、楚图南、丘哲、周鲸文、费孝通、李相符、李文宜、胡愈之、辛志超和刘王立明等16名民盟正式代表及叶笃义、罗子为两名民盟候补代表参加。
9月21日，新政协第一届全体会议开幕，张东荪被选为大会主席团成员。次日，大会决定设立6个分组委员会，张东荪分在“国旗、国徽、国都、纪年方案审查委员会”。9月29日，张东荪与彭真、陈铭枢、章乃器、周恩来任执行主席，讨论并通过了《共同纲领》；次日，大会选举产生了中央人民政府委员会。毛泽东当选为中央人民政府主席，朱德、刘少奇、宋庆龄、李济深、张澜、高岗为副主席。张东荪与周恩来、陈毅等56人当选为中央人民政府委员会委员，同时还选举产生了由180人组成的第一届政协委员会。民盟分配到5个名额，张东荪表示自己不担任政协委员。张澜、罗隆基、周新民、楚图南和曾绍抡等5人当选为全国政协委员。10月19日，张东荪被毛泽东任命为政务院文化教育委员会委员。从此，张东荪开始了与中共合作建设新中国的历程。