蒋介石接到张冲转达的周恩来意见后，答应与周恩来在杭州会谈。
3月下旬，周恩来乘飞机前往杭州。抵达上海时，他抽空与宋美龄会晤，请她将中共中央书记处关于谈判的十五条意见转交蒋介石。
宋美龄向周恩来表示，中共可以合法存在。
一到杭州，周恩来便在潘汉年的陪同下，与蒋介石进行谈判。
周恩来首先阐明中共对国共合作的立场，是维护民族解放、民主自由、民生改善的共同纲领，所以，绝不能忍受“投降”、“收编”的诬蔑。
谈话重申中共十五项谈判条件，并提出几点具体的要求：
（一）陕甘宁边区成为整个行政区，不能分割；（二）红军改编后人数须达4万余人；（三）3个师上必须设总指挥部；（四）国民党不能派遣副佐及政训人员；（五）红军学校必须办完本期；（六）红军防地须增加。
听完周恩来的讲话，蒋介石态度温和，他说：中共有民族意识，革命精神，是新生力量，几个月的和平运动影响很好。
他还说，国共由于分家，致使十年革命失败，造成军阀割据和帝国主义者占领中国的局面，国共两党要各自检查过去的错误。
接着，他又指出，希望这次合作是永久的，即便他死后，也不要分裂，免得因内乱造成英、日联合瓜分中国，因此，要商量一个永久合作的办法。
在谈到合作的具体问题时，蒋介石的口气也比较爽快。
他说：这些都是小节，容易解决。中共在几个月后便可参加国民大会、国防会议；陕甘宁行政区可以是整个的，由中共推荐南京政府方面的人任正职，中共派人任副职；红军改编为3个师，4万余人，可以设总指挥部；绝不派人破坏中共的部队；粮食接济定额设法解决。
最后，蒋介石提到永久合作应有一个有效的办法。周恩来表示制定共同纲领是最好的办法。蒋介石同意并要周恩来立刻回延安，希望中共议出一个共同纲领。
周恩来杭州之行，取得成效。不管怎么说，蒋介石总算在口头上答应红军保持4万余人，承诺陕甘宁为一个统一的行政区。
3月30日，周恩来携带同蒋介石联系的密电码返回延安。
中共中央政治局立即召开会议，听取周恩来所做的关于杭州谈判的报告，针对蒋介石的提议，决定起草一个永久合作的民族统一战线纲领。
会议期间，周恩来致电蒋介石：“归肤施①后述及先生合作诚意，均极兴奋，现党中央正开会计议纲领及如何与先生永久合作问题。”
周恩来期待着再与蒋介石的谈判，并为此做细致的准备。
他在给中共中央的报告中，提出下次谈判的方案：
（一）我方起草一个民族统一战线的纲领（以抗日十大纲领及国民党第一次代表大会宣言为共同基础），包含国共两党及赞成这个纲领的各党派及政治团体，共同推举蒋为领袖。
（二）我们提出修改国民大会组织法选举法的草案，征蒋同意，如蒋同意上述统一纲领及这一修改，我们可以答应赞助蒋为总统。
（三）我们准备提出修改宪法的草案，在全国范围内进行民主运动以影响蒋。
（四）对其他具体问题，我们坚持在不妨碍苏区实行民主制度及共产党在红军中的独立领导的原则之下进行一切谈判。故对行政区的问题拟接受，红军改编以4万5千人为定数，地方部队另编1万人，如此，除老弱妇女外，便无多余精壮青年。
（五）如基本上及具体问题上均能满意解决，则我们拟以党的名义发表合作宣言，以争取公开活动，否则拟采取拖延办法，待事态发展，以便促蒋让步。
这时，通过中共中央与斯大林的交涉，蒋经国已从苏联回国。分别多年的蒋氏父子得以团聚，多少给正在进行中的国共谈判增添了有利因素。
周恩来抓住这一时机，给在西安的叶剑英拍去电报，指示李克农与张冲同去上海，面见蒋经国，让他从中影响蒋介石。
中共中央认真研究了周恩来关于下次会谈的方案，在4月20日召开的政治局会议上，就制定民族统一战线纲领、修改国民大会组织法和选举法等问题，进行了认真、慎重的讨论。
会上讨论了由吴亮平起草的《关于御侮救亡、复兴中国的民族统一纲领草案》。周恩来就纲领的细则做了详细说明。
他指出，统一战线必须承认中共的独立性、国际性和阶级性三原则。
统一战线的原则是：以共同纲领为行动的准则；建立联合组织；在蒋介石承认此纲领的条件下，中共可承认他为领袖。
关于联盟的组织原则：凡各党派各革命团体均可参加；联盟中保持各组织独立性，允许自由退盟等。
在延安的3个星期，中央政治局连连开会，就下一步谈判的原则、策略，进行了认真的准备。
25日，周恩来等乘车赴西安，准备南下再次与蒋介石会谈。后因途中受阻，返回延安。第二天，又改乘飞机抵达西安。
到达西安后，周恩来便与顾祝同、张冲等交换了意见。
接着，又与顾祝同就军事问题进行谈判，商定红军的经费再给5万元；红军夏衣在6月中旬发放；红军西路军被俘人员已到兰州的，可送西安或发衣被；中共将和南方各苏区联络等。
顾祝同均答应向蒋请示。
1937年6月4日，周恩来上了庐山。
此时，蒋介石正在庐山筹办暑期训练团。
从8日到15日，周恩来同蒋介石进行了多次交谈，宋美龄、张冲也在座。
周恩来先将《关于御侮救亡、复兴中国的民族统一纲领（草案）》交予蒋介石。
可是，周恩来却发现，蒋介石虽然没有推翻杭州会谈，但是却增加了一些附加条件，使谈判难以进行下去。
杭州谈判时，蒋介石让中共先拿出一个合作的纲领来，可是，当周恩来带来中共草拟的纲领时，他却漠然置之，另外提出成立国民革命同盟会的主张，故伎重演，还想将共产党溶化于国民党之中。
国民革命同盟会的具体内容是：
一、成立国民革命同盟会由蒋指定国民党的干部若干人，共产党推出同等数量之干部合组之，蒋为主席，有最后决定之权。
二、两党一切对外行动及宣传，统由同盟会讨论决定，然后执行。关于纲领问题，亦由同盟会加以讨论。
三、同盟会在进行顺利后，将来视情况许可扩大为国共两党合组之党。
四、同盟会在进行顺利后，可与第三国际发生代替共产党关系，并由此坚定联俄政策，形成民族国家之联合。
蒋介石费尽心机，又提出：先由中共发表宣言，国民政府即公布红军3个师的番号，人数为4万5千。
他推翻了杭州谈判时的许诺，3个师以上不再同意设总司令部，而改为“设政治训练处指挥之”，并且要求毛泽东、朱德离开红军，出国考察。
对于陕甘宁边区政府，仍然坚持中共推荐国民政府方面的人任正职，“边区自己推举副的”。
至于南方游击队问题，他提出应由中共联络，然后“实行编遣，其首领须离开”。
而对杭州所谈“允许共党适时公开”，则矢口不谈，只是说中共可以派代表参加国民大会。