张学良被推举为东三省保安司令后，立即对易帜做出了响应，致电蒋介石、冯玉祥、阎锡山和其他国民党领导人，表示顺从民意，决不妨碍中国的统一运动，并愿派一代表团赴北京谈判。7月初，张学良派王树常、邢士廉、米春霖、徐祖贻等人组成代表团赴北平与国民政府磋商易帜事宜。10月，蒋介石在北京西山碧云寺接见了东北代表团。邢士廉递上张学良写给蒋介石的信，内称：“东三省通电服从国民政府，改换旗帜；东三省成立政治分会，实行委员会制；张学良任政治分会主席，杨宇霆、张作相、万福霖任奉、吉、黑三省政府主席；所有兵权，暂由原任统帅。”蒋介石看罢露出笑容：“请诸位转告汉卿，东北须先易帜，实行三民主义，余事再请示国民政府。”他稍加停顿又说，“热河先行易帜。”14日，蒋介石在六国饭店宴请奉方代表。席间，奉方代表陈述了东北现状：“张学良将军易帜之心坚定，希望早日实现统一，但环境困难，滦州撤军正在进行，日本要求张学良将军承认大元帅所定各项条约，否则不承认张学良将军之地位。”蒋介石说：“能精诚服从本党，统一中国，甚佳！如系勉强做形式上的统一，不如待瓜熟蒂落。”临别，蒋介石又叮嘱奉方代表：“以自家人办自家事，以三民主义统一东北，绝无其他主张。转告汉卿，政府准备派刘光、张同礼等人前往奉天具体磋商易帜事宜。”
同日，蒋介石代表刘光、张同礼抵达奉天，与张学良商谈东北易帜。张学良表示，对易帜、实行三民主义毫无异议，但有四个问题亟待解决：一、外交方面，请立示机宜；二、党务方面，先派员赴南方见习，再行举办党部；三、政治分会问题，应由东三省人士充任；四、对热河军事行动，恳暂停止。
蒋介石为加快东北易帜进度，又派何成浚、孔繁霨为南京全权代表赴奉，直接同张学良商谈。19日，热河宣布易帜。
日本炸死张作霖后，田中义一依然坚持他的满蒙政策，对张学良采取拉拢的策略。6月25日，日本驻奉天总领事林久治郎奉田中训令，劝告张学良：“东三省应外御敌人，内修治安，维持现状。”当田中得知张学良赞成统一、准备易帜的消息后，立即改变策略，实行高压手段。7月19日，林久治郎向张学良递交田中首相的警告书，内称：“一、南京政府含有共产党的成份，其地位尚未稳定，东北殊无与之联系的必要；二、如南京政府以武力压迫东北，日本愿不惜代价，尽力相助；三、东北财政出现困难，日本银行愿予以充分接济。”张学良看了田中的警告书，做了委婉的答复：“东三省政治，依民意而定，东三省父老子弟如主改制，则个人殊无权可以违反。”张又问，“是否可将日本不顾中国统一的意见或东北不能易帜是由日本干涉的情形向南京政府报告？”林久治郎无言以对。
张学良对日本的警告严重不满，又感到是个严重威胁，深感易帜问题事关重大，不能轻举妄动。当天下午，张学良召开紧急会议，讨论如何对付日本的方针，协商易帜的问题。会议决定，派人将日本的警告向蒋介石报告。21日，王树常、邢士廉等去北平会晤蒋介石，报告日本田中首相警告东三省不准易帜。然而，蒋介石不顾奉天外交的困难，不同意延期易帜，当即表示：“此宜自己觉悟，外人干涉中国内政，勿再为所愚，将来正式与日本交涉时，本诸正义，外交决不失败。”接着又说，“应催汉卿不可为倭奴恫吓所屈服。”
日本对东北易帜的干涉，南京政府也极为关注。21日，南京国民政府驻日公使汪荣宝奉命向日外务省抗议日驻奉总领事阻止东北易帜。23日，蒋介石致电张学良，请其毅然易帜，内称：“精诚团结，固属根本要图，但易帜问题，亦非可因外交恫吓，轻于放弃。”张学良对蒋不顾日本干涉，催促易帜甚急，遂以辞职相胁。致电蒋介石：“东北易帜不能立时实行，弟对兄方深愧疚，乃蒙兄爱护，盖觉汗颜”，“弟现在实处两难，不易帜无以对我兄，无以对全国；易帜则祸乱立生，无以对东三省父老”，“如兄以为非易帜不可，则弟只有去职，以谢我兄相待之盛意”。蒋介石获电后，不能如期易帜，又怕这位小兄弟真的撂挑子，东北前途难卜，只好复电好言相劝：“时局虽属艰难，我辈当忍耐奋斗，如一去了事，决非所宜，且于兄于弟仍无所益也。东三省关系重要，惟弟是赖，务望努力前进，以达最终志愿。”7月25日，蒋介石派方本仁，李宗仁、白崇禧派何千里为驻奉代表，随同王树常、邢士廉一齐赴奉。
8月4日，张作霖的葬礼在奉天大帅府举行。日本和国民党的代表借参加张作霖葬礼，对张学良展开了激烈的政治攻势。南京代表方本仁、何千里坐镇奉天，专事对张学良进行攻心。日本派特使林权助参加葬礼，对张学良进行讹诈。林权助曾任驻华公使，是个中国通，时任日本驻法大使。
晚上，张学良告诉南京代表方本仁，日本特使林权助来了，并向方介绍了林权助的有关情况，接着提出易帜的三个步骤：一、停止热河和关内军事活动，所有军队由国府改编；二、东三省政府人选，由东三省人员充任；三、党务指导委员会须经东三省政府同意后设立，然后易帜。
6日，林权助向张学良递交田中的训令，声明反对东北易帜，要东北实行自治，内称：“万一敌人侵入东三省，则日本竭尽其所能，以执行现时政策，维持东三省之和平与秩序。”林权助又访张学良，提出严重警告，如不放弃易帜，日本政府决心以武力制止。张学良觉得事态严重，同方本仁、何千里商谈，拟在东三省保安会议上通过易帜，宣布8月10日易帜，不料被日本获悉。
林权助在日本驻奉总领事馆宴请张学良，由外交处长王家桢陪同前往，日方由林久治郎、佐藤安之助少将陪同。林权助在晚宴上再一次阻挠易帜。林权助说：“田中内阁已决定，希望贵总司令听日本忠告，停止对南方妥协，否则日本将自由行动，会发生重大事态。满洲与南方(指南京政府)关系小，与日本关系大，应听取日本的意见，你有没有决心？”张学良回答说：“东三省非张某一人的东三省，应以东三省民众的决心为决心，民众渴望统一，我不能终止南北妥协。”这时，佐藤安之助插话说：“如果保安委员会坚决主张易帜，贵总司令是可辞职避开，以免正面冲突。”张学良质问道：“这不是干涉内政吗？”林久治郎接着说：“冒干涉内政之嫌，日本也在所不避，我们就是不准你们挂旗！”张学良听了勃然变色，说：“这是什么意思？”林权助看气氛不对，忙转变口气说：“我们这番劝告，不但是为了我们日本的特殊权益，也是为张将军自身利益打算。听说南方这帮人有外国背景，手腕非常毒辣，和他们打交道，找不出什么好处来。当然，你不必害怕他们，我们绝对支持你。”张学良在义正辞严的回击之后，态度缓和下来说：“日本朋友的好意忠告，我自当加以考虑。”最后林权助以长辈身份教训张学良说：“令尊和我是朋友，我把你当自己的子侄相待，你还年轻，你的思想很危险。”这话又激怒了张学良，他不买林权助的账，说：“我和贵国天皇同庚。”这次晚宴长达4个小时，双方不欢而散。
次日，张学良分别召集东三省保安会和东三省议会联合会开会。张学良在这两个会上，介绍了最近两天与日本会淡的情况，与会人员认为不宜刺激日人过甚。保安会主张：易帜之事，推迟到11月1日。东三省议会联合会则认为9月1日易帜为宜。会后，张学良向方本仁、何千里通报了与日本会谈和两会研究的意见。方本仁表示立即向蒋介石报告。张学良也致电蒋介石，报告了日本反对东北易帜的强硬态度和今后对策，提出：“对付之策不外三种：一曰强硬，二曰软化，三曰圆滑。强硬则必用武，不但东三省力有不足，即使全国协力亦无把握。软化则东三省将成为保护国，为朝鲜第二，非所敢出。暂用圆滑之法以延宕之，一面于国际间着手运用，折其野心，始有办法。”10月，张学良派刘哲通知日本特使林权助，东三省易帜延期三个月。
张学良从其父被日本杀害的事件中，更加认清国恨家仇，必须维护国家的统一，坚决不做日本的傀儡。但是为实现东北易帜，必须与日本周旋，并取得南京政府的谅解。同时，奉系高级将领对东北地位认识上不一致。一派主张保境安民，善处东邻；一派不主张与蒋介石合作，而与李宗仁、白崇禧合作，保持独立自主的局面。这两种主张都是与易帜相悖的，需要时间，统一认识。28日，张学良派代表邢士廉到南京会见蒋介石，报告东三省服从国民政府不成问题，待外交有办法，即实行易帜。张学良并将奉方逮捕的国民党员全部释放，以示真心服从国民政府。
10月8日，在国民党举行的中常会上，蒋介石当上了国民政府主席，党政军大权集于一身。蒋在会上提名张学良为国府委员，予以通过。10日，张学良在奉天省公署举行招待会，庆祝国庆节。并同时函电蒋介石，说明延期易帜的原因，电云：“东北易帜，早具决心在前，实因某方压迫，致生障碍。”蒋介石回电称：“易帜之事，全属我国内政，彼方不能孑然干涉。况日下党国形势，团结一致，彼尤无可借口，为从来所未有。此正其时，如尊处早能出以决心，中正深信决不致有所举动。务希毅然主持，三省同日公布，愈速愈妙。”23日，张学良在奉天召开东三省军政会议，讨论易帜和裁军问题，决议以先不在东北设国民党党部为条件而易帜，裁军十万人。南京国民政府又致电张学良：“刻下东三省外交即为国府负责处理，且三省外交已除，奉方依然借口外交关系，属次迁延，不果易帜，难免怀疑奉方无具诚意。”27日，张学良、杨宇霆等与蒋介石、白崇禧的代表分别协商移防、交通、易帜、热省诸问题。
原定易帜延期三个月日期已到，张学良又派王树常、邢士廉去南京，商讨易帜、改省等问题。同国民政府何成浚、张群磋商，主要有三点：一是东北军事善后问题；二是奉天、吉林、黑龙江、热河四个省依照现制改省政府问题；三是易帜问题，获得同意，随后按程序以及各省政府委员人选，报南京批准。
东北保安委员会和东三省议会联合会讨论决定：1929年1月1日易帜，然后电告南京政府。蒋介石以当年事当年毕为由，电复张学良：东北应于29日易帜，不必待元旦。张学良只好同意，于24日密电东三省：“兹经决定于本月29日改换青天白日旗，东三省同时举行。”
12月29日，张学良在奉天省公署举行易帜典礼。张学良等宣誓，国民政府代表方本仁监誓。欧美各国领事应邀参加，惟日本总领事未到。会后，张学良等发表通电。31日，南京国民政府正式任命张学良为东北边防司令长官，张作相、万福麟为副司令，以及任命奉天、吉林、黑龙江、热河四个省的政府主席、委员。
1929年2月5日，南京国民政府明令：奉天省改为辽宁省，奉天市改为沈阳市。
东北易帜成功，使中国结束了长期分裂割据之混乱局面，维护了国家领土主权的完整，推动了中国社会的进步发展，具有重要的历史意义。