尚未找到蒋介石的情况，刘多荃（东北军一○五师师长）和白凤翔向张学良报告了，张在电话中下令扩大搜索面。因当时有些地方守卫宪兵还在顽抗，白凤翔令刘桂五迅速消灭残敌，孙铭九、王玉瓒等率部队搜山。但搜了好大一阵子，天也大亮了，却仍不见蒋的影子。士兵们继续搜查，终于把蒋的近侍、也是他的侄子蒋孝镇捉住了。当时卫队营的副连长张化东正好在跟前，看他那鬼鬼祟祟的样子，就拿枪对着他喝问：“委员长在哪里？快说。不说实话，就打死你！”蒋孝镇吓得脸色发白，索索发抖，嘴张了几张，却语不成声而止，但他那慌乱的眼神，却满怀狐疑，并不自觉地老朝不远的那个山坡上看，张化东知道那里一定有情况，说不定……急忙决步跑过去，并高声说：“里面有人吗？快出来！再不出来就开枪了！”有些士兵还故意“哗啦哗啦”地拉动着枪栓。身陷重围的蒋介石，看看四面楚歌，自己完全成了孤家寡人，再也无处可躲了，这才弓着腰，垂头丧气地扶着一块大石头慢慢钻了出来。那时，西北风正呼呼地刮着，加之又地处山野，就是穿着棉衣都还冷呢，可是只顾逃命的蒋介石此刻却只穿一件单薄的绛紫色的睡衣，白单裤，光着两只脚，他面容枯稿，两腮深陷，由于连惊带吓，再加天气寒冷，他早已冻得浑身发抖。
蒋介石以为是从山里下来的红军游击队干的，他问道：“你们是哪里来的？”孙铭九立即答道：“是东北军！”蒋介石一听，松了一口气，马上就说：“哦，你是孙营长，孙铭九。”孙铭九很惊讶，蒋介石怎么会知道他的名字？蒋介石解释说：“有人向我报告过。”紧接着，蒋介石夸奖他道：“你是好青年！”蒋介石的言外之意是说，虽然有人“报告”，但讲的是好话。孙铭九继续说道：“是张副司令命令我们来保护委员长的，请委员长进城，领导我们抗日，打回东北去！”孙铭九解释并催促蒋说：“委员长快下山进城吧！副司令在那里等着你呢！”蒋一歪坐在地上，发怒地说：“叫你们副司令来！我腰痛不能走！”孙铭九见蒋介石不走，便劝他：“此地不安全，请委员长还是赶快下山去吧。你腰痛，我们背你下山。”蒋还是不动，并要马骑，孙铭九示意左右卫士把蒋从地上扶架起来，拥推着下山了。他们就这样在军队卫护下下了山，等仆人送来他的鞋子，孙铭九把蒋送上一辆敞篷轿车，车牌号为“1577”。
在车上，孙铭九坐在蒋介石左边，唐君尧坐在蒋介石右边，前座坐着司机和副官长谭海。在许多辆载着东北军士兵的大卡车护送下，小轿车朝西安城进发。国民党洛阳空军分校校长王勋得知蒋介石在临潼被扣，急派飞行组长蔡锡昌驾驶小型教练机“北平”号，直飞临潼，冒险降落在临潼城外公路上，企图“救驾”，飞机刚一着陆，便被十七路军装甲团扣留。车队驶入西安城，直奔绥靖公署新城大楼，蒋介石便被扣押在大楼内东厢房。
在临潼枪战方兴未艾之时，以宋文梅为指挥官的特务营的一部分官兵，就直扑西京招待所了。这次突袭，干脆利落，除了国民党史料编纂委员会主任邵元冲因不明真相，企图越墙逃走，被流弹击中，不治身死外，其余人员均被扣押，无一漏脱。
12月12日清晨8时30分，宋文梅奉张、杨两将军命令，在新城大楼负责看管蒋介石。他带领部队刚将大楼东厢房作了严密检查，并把电线、电灯全部去掉后，孙铭九营长和唐君尧旅长也恰巧把蒋介石送到了。蒋因惊惶过度，不能步行，宋文梅和孙铭九只好共同搀扶着把他送到房里。
蒋介石面色苍白，赤脚着鹿皮底圆口便鞋，左右足踩处都有荆棘划伤的血痕。因翻墙跌伤，腰直不起来……当时气候严寒，但蒋的面部尚有汗珠。他坐在椅子上，把右腿架在左膝上，不断出声长吁。10分钟内，蒋介石一共喝了10多杯开水。宋文梅告诉他：“等一会儿，张副司令就来见你。”
9时30分左右，张学良来到新城大楼，由宋文梅陪同来到蒋介石的房间里。蒋介石见到张学良，神色突变，仍呆坐椅上，继续出声长吁。张学良对他说：“委员长，受惊了！”蒋仍不答。张学良继续说：“我们受全国人民的要求，发动这次事件，我们内心纯洁，完全是为国家着想，不是为个人利害打算。现在，希望委员长能平心静气，勇于改正错误，联合全国力量，坚决抗日，以争民族生存，则学良和全国人民于愿足矣。”
张学良说完之后，蒋介石呐呐地说：“你既为了国家，应先送我到洛阳，送我到洛阳再谈。”张学良继续说：“今日之事，岂容搪塞了事。我们仍希望你勇于改过，群策群力，共赴国难。如果仍然执拗不悟，坚持己见，就只有让群众公裁了。”蒋介石一听由“群众公裁”，立即对张学良说：“过去我待你那样好，现在，你竟想把我交群众公裁！你既然说是为国家，你还是把我先送回洛阳再谈。”
到了中午，蒋介石忽然要和省主席邵力子谈话。宋文梅经过请示许可后，便把邵力子领来了。蒋介石见到邵力子后，神态已较为平静。蒋介石问邵力子：“你从什么地方来？”邵力子回答说：“从绥署卫士队队长室来。”蒋介石问：“钱幕尹（钱大钧）在何处？”邵力子回答：“钱胸部受伤，已入医院治疗。”谈到这里，两人都不再说话。宋文梅当时是站在旁边的。过了一会儿，蒋介石要宋文梅出去。宋文梅出去后将房门打开，蒋介石见宋文梅开着房门，拍桌子斥责道：“我，委员长和邵主席谈话，你竟敢站在我们面前！我要你出去，你为什么又要把房门打开？”他立即起来怒气冲冲地把房门关上。宋文梅又把门推开，并且告诉他：“请委员长不要生气，我系奉命在此看守。而且，今天的事，谁都可以听，又何必保密呢？”宋文梅说到这里，邵力子对蒋介石说：“宋营长是委员长的学生，是军校八期的。”蒋介石听了以后，立即转变态度笑着对宋文梅说：“噢！我认识你！我给你讲过话，也点过你的名，还记得！还记得！”
蒋介石估量宋文梅不会离开，便只好开始同邵谈话，他问邵力子“：西安发生的事情，你事先知道吗？”邵答：“不知道。”蒋听后便不再说话。邵力子心平气和地缓缓地对蒋介石说：“今天已经发生了这件事，希望委员长仔细考虑。由于日寇的不断入侵，已经激起了国民的愤慨，如果政府还不想办法去抵抗，自然会酿成变故。现在设法弥补，尚未为晚。”蒋介石对邵力子谈的语，始终未置一词，长长叹气数次……
邵力子离开后，蒋介石要来纸笔，默想了一会，便给宋美龄写了一份电报。写好后交给宋文梅，并问：“是否可以发出？”宋文梅回答：“让我请示一下。”该电报如下：“南京蒋夫人：中正决为国牺牲。经国、纬国系我子，亦即你子，希关照。蒋中正。”
宋文梅把这电文交给张学良，张学良答应于当日发出。这时，蒋介石已极其疲乏，宋文梅劝他入卧室休息，并劝他吃饭。宋文梅说：“这里的饭是干净的，不会有什么意外，如果因为没有牙齿，有麦片粥，吃点还是好的。”蒋介石不答也不吃。宋文梅再劝他：“今天所发生的事情，是国家大事，应平心静气，设法解决，不应意气用事。”蒋介石听了之后，说：“如果是你们自己做的饭，吃些也好。”宋文梅便叫西安绥靖公署的厨师，预备麦片粥，蒋介石吃了些。
（三）南京政府的反应
当时被人们誉为救国领袖的张、杨二将军举义西安，由于符合广大群众的抗日要求，顺应了历史的发展，深得人心。一石激起千层浪，在事变刚刚爆发的那些日子里，它虽然不像在兵谏时那么惊心动魄，却也是很不平静的。当西安事变的清脆枪声打破了黎明前的寂静，把一向过着较为安定生活的西安市民从睡梦中惊醒时，大家都吃了一惊。最初，谁也不知道究竟发生了什么事，胆小的把门窗关得更严了，商店推迟了开门的时间；但胆子大些的，则悄悄走出来，观察动静，见街上站满了十七路军的战士在阻止行人通过。上午9时左右，分驻所的警察，拍铺子的门叫喊：“掌柜的，铺子开门照常营业，没啥事”。早饭后，十七路军政治处的宣传车驶向街头，向行人散发“张杨向蒋实行兵谏和提出抗日救国8大主张”的通电。人们争相阅读，喜形于色。上午11时左右，钟楼聚集的人群很多，西安二中、西安高中、女师等校的同学列队游行高呼：“拥护张、杨二将军8大主张”，“改组南京政府”等口号。有的慷慨陈词，作街头演讲。讲到日寇在平津横行时，声泪俱下，并高唱《毕业歌》、《义勇军进行曲》，歌声此起彼伏，激动人心。
事变爆发的当天上午，张、杨二将军向全国和南京政府发出通电，提出八项救国主张。
在通电发出之前，张学良曾到西京招待所，向被扣留的南京军政要员说明情况，谈到此次行动，纯为国家民族，绝非为个人利害打算，一俟达成一定的协议，他们以及委员长都可以返回南京。接着，他拿出拟就通电全国的文稿，当众宣布道：“各位，这是我给全国的一个通电。我来向各位宣读，希望各位听完之后，如果同意，便在上面签一个名，我再拿着这个通电去找委员长。”张学良念道：东北沦亡，时逾五载。国权凌夷，疆土日蹙，淞沪协定，屈辱于前，塘沽何梅协定，继之于后。凡属国人，无不痛心。近来国际形势豹变，相互勾结，以我国家民族为牺牲。绥东战起，群情鼎沸，士气激昂，于此时机，我中枢领袖应如何激励军民，发动全国之整体抗战。乃前方之守土将士浴血杀敌，后方之外交当局仍力谋妥协。
自上海冤狱爆发，世界震惊，举国痛愤，爱国获罪，令人发指。蒋委员长介公受群小包围，自绝民众，误国咎深。学良等涕泣进谏，屡遭重斥。日昨西安学生举行救国运动，竟唆使警察枪杀爱国幼童，稍具人心，孰忍出此！学良等多年袍泽，不忍坐视，因对介公为最后之诤谏，保其安全，促其反省。西北军民一致主张如下：（1）改组南京政府，容纳各党各派共同负责救国；（2）停止一切内战；
（3）立即释放上海被捕的爱国领袖；
（4）释放一切政治犯；
（5）开放民众爱国运动；
（6）保障人民集会结社一切政治自由；
（7）确实遵行总理遗嘱；
（8）立即召开救国会议。
以上8项，为我等及西北军民一致之救国主张，望诸公俯顺舆情，开诚采纳，为国家开将来一线之生机，涤以往误国之愆尤。大义当前，不容反顾，只求于救国主张贯彻，有济于国家，为功为罪，一听国人之处置。临电不胜迫切待命之至！
西安事变爆发后，张学良、杨虎城曾分别致电或派出专人与各地实力派联系，寻求支持。当时各地方军阀因为惧怕如果蒋介石不倒台会进行报复，所以多数持观望态度，不敢明确表示支持张、杨。
12月13日深夜，杨虎城曾约十七路军的几个人，研究如何处理蒋介石的事。
杨虎城先让大家说。这时有人主张立即杀蒋，理由是：蒋很顽固，他是不会改变反共政策的，要反共便无力抗日，因此不杀蒋便无法实现抗日；鉴于张学良过去和蒋的关系不错，不杀蒋，难免将来出毛病；不杀蒋，国内各实力派将采取骑墙态度，我们在政治上军事上都不利；杀蒋，共产党是高兴的，同我们的合作将更真诚；十七路军内部有的人庇护特务，暗送秋波，为自己亲蒋预留后步，冯钦哉（事变发生后已经叛变）的事已出现了，不杀蒋，难免第二个冯钦哉出来，杀了蒋，就断了这些两面派亲蒋的念头，可以巩固十七路军内部。立即杀蒋的办法是以蒋夺枪自杀对外宣布。有人认为杀了蒋无用，放蒋危险，南京政府如不照我们的主张改组，不明确表示抗日态度，中央军不开到抗日前线，我们就不放他，即使南京政府对我用兵，战事对我不利，我们走到哪里，便把蒋介石带到哪里，也要坚决达到上述目的。估计南京政府内部会有分化，打一下是可能的，持久打，他们打不下去。我们的士气比他们高，能打胜。蒋军即使打仗，也不过是个姿态。有人主张放蒋，但要有保证有条件才放。主要的是保证放弃“攘外必先安内”的政策，表示坚决抗日，并有确实的抗日部署，中央军要调到抗日的前方，绝对不许蒋介石个人专权，要照我们的办法成立联合的抗战政府，到了这个程度上再放他。至于如何实现上述条件，大家一时也定不下个什么方案。杨虎城说：“扣个活蒋介石，还得放个活蒋介石，杀是不能杀的，放是一定要放的，只要我们提出的救国主张蒋能接受，并保证实现，中央军能退出潼关，我们便放他。”
南京国民党政府内部，在对待西安事变问题上，确实出现了分化。当时，南京政府中，主张发兵“讨伐”，认为“不能过于瞻顾蒋公之安全，置国家纲纪于不顾”的居多数，但是也有一部分人认为这个事件不可诉诸武力，最主要的是，先应弄清事情真相和蒋在陕情况，再定“万全之策”。