在此期间，叶剑英尽力协助周恩来奔走于东北军、西北军和国民党留守西安人员之间，艰苦工作，维护团结，稳定局势。蒋介石的侍从室主任钱大钧在事变时负伤，此时住在西安养伤。叶剑英陪同周恩来特意去看望了钱大钧。接着，周、叶又去邵力子（事变前任陕西省主席，事变时也被张、杨所拘留）家里走访，表示慰问。他们向钱、邵两人转达了中共中央对和平解决事变后的期望。希望钱、邵两人以大局为重，说服留守西安的国民党大员，坚持团结，抗战救国。同时，又劝说杨虎城派人到南京、奉化与蒋介石会谈。
东北军、西北军内部在战与和的问题上仍然存在着尖锐分歧。受命于张学良代理指挥东北军的杨虎城，在外有重兵压境，内有和战之争的情况下，处境越来越困难。这时，叶剑英主动接近他，帮助他出谋划策，处理各种棘手问题。杨虎城是一位早年拥护孙中山革命的爱国将领，从第一次国共合作开始，一直同共产党人保持着良好的关系。他头脑敏锐，韬略在胸。有一次，叶剑英陪同周恩来访问他时，正谈话间，正好他的秘书拿来一份材料，让他签字。他让秘书给他念。秘书念完之后，他立即指出哪些地方需要改动，而且提得恰到好处。叶剑英看到这个情景，对杨更加敬佩，说他真是“长期锻炼出来的将才”。
为了防止“战祸起于萧墙之内”，叶剑英在周恩来领导下，多次同东北军、十七路军的主战、主和两派交谈，开导他们以国家民族利益为重，认清形势和前途。但是，坚持同中央军交战的“少壮”派继续闹腾，有人竟扬言：“向叶参谋长来个兵谏！”1月27日晚间，孙铭九等找到周恩来、叶剑英，在他们面前长跪不起，哭着要求红军出兵帮助他们打仗，救张学良将军回来。周恩来、叶剑英反复劝说也不听。为防意外，周恩来决定将共产党派到西安工作的大多数人转移到三原红军驻地。叶剑英则留下来，陪同周恩来继续奔走于各方，耐心工作，平息风波。
1937年1月30日，天空飘着小雪。叶剑英陪同周恩来乘车到三原云阳镇红军司令部，同张闻天、彭德怀、任弼时、杨尚昆、左权等开紧急会议，反复讨论是否帮助东北军出兵与中央军打仗问题。会后，周、博、彭、任等联名致电毛泽东、朱德、张国焘等，提出两个解决问题的方案。大家认为，这一仗本来是不该打的，但是考虑到东北军和十七路军是我们的朋友，只要他们两方意见一致，红军可以暂时保留自己的意见而支持他们的主张，配合他们一起打。当晚，周恩来、叶剑英赶回西安，分别将这个决定告知杨虎城、东北军将领和少壮派军官。他们听后都感到高兴。接着，叶剑英同东北军、十七路军的参谋长一起具体地研究了军事部署和作战计划。
然而，东北军中主战的“少壮派”和主和的“元老派”意见仍不一致。在“少壮派”提议下，东北军、十七路军的团以上军官在渭南东塬张家堡召开军事会议。叶剑英应邀出席会议并在会上发表讲话，他说：“我们大家应该团结起来，加强‘三位一体’，巩固统一战线，争取张将军早日返回，共同抗日，收复失地，使我们祖国能够成为一个独立自由、民主、强大的国家。”杨虎城也在会上讲了话。在他们讲话之后，和、战两派仍然争论不休。争到最后，形成如下决议：在张学良未回以前，坚决不撤兵；中央军如再进逼，不惜决一死战。到会的40余名军官在决议上签了字。1月31日晚上，在西安粉巷王以哲家里又召开三方最高军事会议，经过激烈争论，周恩来、叶剑英再三说服，最后作出宜和不宜战、促进和谈成功的决定，并决定派代表李志刚赴潼关与中央军代表在和谈文件上签字。然而孙铭九、应德田、苗剑秋等少数人仍然坚持主战意见。2月2日上午，“少壮派”突然下手，闯入王以哲家牛，开枪打死了王以哲。“二二”事件严重地破坏了东北军的内部团结，破坏了西安与南京谈判和营救张学良的行动。
爱国将领王以哲的被害，激起了东北军广大官兵的愤慨。西安城内谣言四起，到处笼罩着恐怖气氛。为了平息风波，制止事态扩大，周恩来亲自到王以哲家吊唁，帮助处理善后。叶剑英立即派刘澜波到渭南，向驻防前线的东北军将领传达“事件”的经过，宣传中共中央反对“二二”事件的态度，继续维护“三位一体”，坚持贯彻和平解决西安事变的方针。同时，周恩来、叶剑英等经过研究，派刘鼎护送孙铭九、应德田等几个肇事者到三原云阳镇红军驻地，再转往平津，避免了东北军内部报仇性的互相残杀。
这一段工作异常紧张和危险，稍有不慎就会使西安事变的成果毁于一旦。当年曾在西安工作的童小鹏、宋黎、常黎夫等回忆说，西安事变后，在军事方面，主要是叶剑英分管，因为他过去在国民党中间是个知名的人，对西安方面也比较熟悉。他在军事、情报这方面是内行的。周恩来负总责，叶剑英、秦邦宪协助周恩来一起工作。叶剑英肩上的担子不轻啊！
在周恩来、叶剑英等人的努力工作和斡旋下，西安方面在“二二”事件后不久，终于同南京方面达成了避免打仗的协议。
七主持西安红军联络处
“西安捉蒋翻危局，内战吟成抗日诗。”
“西安事变”的结局尽管有些波折，但这次事变毕竟迫使蒋介石停止了10年内战。它成为中国现代史上从内战向抗战转折的一个重要枢纽。
西安事变后，国共两党代表正式开始了接触和谈判。南京政府派出顾祝同（军事委员会西安行营主任兼第一集团军总司令）和张冲、贺衷寒为国民党方面的谈判代表；中国共产党方面则以周恩来和叶剑英为谈判代表。从1937年2月11日开始，国共双方经过一个月的谈判，于3月8日达成协议。当晚？顾祝同等人电告蒋介石作最后决定，以便执行。
不料，两天以后，国民党方面由贺衷寒提出一个修正案，对原已达成的协议作了重大的改动，提出许多中共方面无法接受的条件。周恩来立即将情况电告中共中央，并根据中央电示，约见张冲，表示共产党不承认贺案，要求见蒋解决。张冲表示可将周恩来的意见转报蒋介石。据龙飞虎回忆，2月13日，周恩来奉命返回延安开会，并等候与蒋介石谈判。叶剑英则留守西安红军联络处（后改为八路军西安办事处），与顾祝同等保持联络，继续磋商国共合作事宜。
红军联络处是10年内战后，中国共产党在国统区公开建立的第一个办事机构。它位于西安城内新城的北门外七贤庄1号。这里原是德国医生海伯特·温奇（共产党员，曾任张学良牙科顾问）开设的一家牙科诊所。曾掩护中共地下活动，并帮助解决一些陕北红军所需的医疗器材和药品。国际主义战士海伯特在事变那天上午外出，不幸中流弹牺牲。经过周恩来、叶剑英与张学良协商，红军联络处便设在他的诊所。叶剑英主持红军联络处，同中央先后派来的李克农、张文彬、李涛；宣侠父等一直与国民党方面继续保持联系，并与各方人士接谈，为国共合作奔走，多方面地开展工作。他非常注意调整东北军、十七路军与红军的关系，帮助解决一些内部矛盾，继续维持“三位一体”联合抗日的良好局面。他还负责与国民党代表交涉领取经费、被服、装备等事，并讨论在兰州设立红军联络处问题。
4月15日，国民党谈判代表张冲急匆匆飞到西安，找叶剑英磋商蒋经国从苏联回国问题。蒋经国在第一次国共合作时赴苏留学，“四一二”反革命政变后，蒋经国在苏联曾发表声明与蒋介石脱离关系。1937年3月初，张冲建议中共通过在苏联的蒋经国来做蒋介石的工作，周恩来当即将这一情况电告中央，并建议中央同共产国际商量。经中共多方工作，苏联政府决定送蒋经国回国，并预定4月17日抵达上海。张冲此行即是为这事特来同叶商量的。叶剑英当天致电中央请示：“张冲早晨到西安，说蒋经国于本月17日到上海。张意要我们派人于18日乘飞机到沪与经国谈话，指示他活动方针及今后与党联系。张因不见我方消息，特来西安一次，在16日飞沪见经国，问周何日来西安。”
4月16日，毛泽东、周恩来电示叶剑英，可同张冲去沪见蒋经国，希望示意他以民主思想影响其父，增强其“对统一战线和共产党的信心”。“一切工作要适应环境去推动蒋，不要操之过急”。同时嘱叶将中央关于国民大会选举法的修改意见与张冲当面商榷，要他转达蒋介石、陈立夫及国民党中央常委会讨论。叶剑英虽因故未去，但按照中央的部署积极进行这一工作。此间，他还接待一些国民党及其他各界来访人员，向中央反映有关情况，并负责处理各种问题。
八营救西路军战友
叶剑英在红军联络处，还有一项重要任务，就是通过同国民党谈判，营救红军西路军失败后的被俘人员。1937年4月3日，中共中央致电叶剑英，要他向顾祝同提出：如果马步芳所部俘虏了徐向前、陈昌浩及其他干部，应严令其不得有任何残害行为。同日，毛泽东致电叶剑英，要他向顾祝同进一步交涉，令马步芳把集中在凉州的红军被俘人员全部调到平凉，经国民党第二十五师驻地，转交红四方面军，并制止马步芳残害与压迫被俘官兵。4月13日，毛泽东、周恩来连电叶剑英：西路军工委来电，约18日可抵敦煌，现有人数900多，枪五、六百，望你向顾祝同交涉，务使这批人到敦煌后马军不得为难。万一要枪，给他，人员必须全部送至兰州转给我们。叶剑英当即找顾祝同交涉此事，并要求派张文彬等去青海接回被俘的人员。4月15日，叶剑英复电：“顾已电马家敦煌部队勿再攻击，被俘人员开兰州处置，如俘徐、陈等干部不得残害”，“顾确以行营名义通令各军今后对红军要以友军看待，不得小视，且已得到各军将领复电遵照办理。”
18日，毛泽东、周恩来致电叶剑英：送兰州的河西红军，望速向顾祝同接洽，派张文彬去接或开至平凉接收。后张到兰州经交涉，将被关押的部分西路军指战员解往西安，回到苏区。
一天。叶剑英突然收到一封没有寄信地址的信，他感到很奇怪，拆开一看，才知道是红四方面军三十军参谋长黄鹄显从西安一所监狱里托人寄出来的。原来，黄鹄显随西路军在河西走廊同马匪军作战时被俘，后来被送到西安，关押在新城监狱。同他一起被关押的，还有西路军的30多名营以上干部。黄鹄显回忆说，我当时从一个看守监狱的士兵口中得知，国共正在谈判，在西安七贤庄有个红军联络处，周恩来、叶剑英在那里工作。我做通了那个士兵的工作，给叶剑英参谋长写了一封信，说明了情况，请那位士兵帮助寄了出来。
叶剑英收到信后，立即向周恩来作了报告。周、叶随即同蒋鼎文等进行交涉，并派联络处秘书孔石泉到新城监狱，将黄鹄显等人营救了出来。
在西安，叶剑英还亲自出马营救出许多西路军被俘人员。有一次，他得悉国民党当局押送一部分西路军被俘官兵从兰州到达西安火车站，并要转往他处。事不宜迟，他立即亲自跑到西安火车站，同国民党押送人员进行交涉，要求他们放人。对方毫不讲理，叶剑英十分生气。他急中生智，奔到站台上对被俘的同志大声喊道：“我是红军的叶剑英参谋长，请同志们下来跟我回去！”话音未落，被俘战友纷纷从车上跳下来，理直气壮地跟着叶剑英回到七贤庄。
七贤庄1号不仅是中共在西安公开的统战机关所在地，也是地下党的一个联络点。战斗在国民党统治区的中共地下组织经常通过这里向党中央反映情况，党中央也常交代叶剑英负责办理各地地下党组织的事情。叶剑英利用自己的公开合法身份，做了大量秘密工作。当时，有一些爱国青年学生和进步人士前往陕北，到达西安，都由红军联络处负责安排。著名作家丁玲从上海来到西安，就是叶剑英帮助联系车辆，派人护送到保安的。不少红军的于部和人员，也要经过七贤庄联络处，由叶剑英负责转送到其他地方。还有些红军负伤人员，如贺炳炎、谭友林等将领，也是经过叶剑英送地方医院救治的。由于来往人员很多，有一个时期，联络处的三辆汽车不停地跑，还不够用。叶剑英还要过问后勤工作，那时做军装、被服，陕北要比西安贵许多，叶剑英和联络处的同志设法在西安做好运到陕北。一个月要订做和运送几千套、上万套。其他的军用物资、医疗器械、药品等也是由联络处来经力、的。叶剑英大小事都要管，忙得不可开交。
由于红军西安联络处的出色工作，对团结各方人士共同抗日发挥出越来越大的作用。西安各界对它十分重视，国民党特务却加紧了对它的监视。叶剑英身居仅有几平方米的平房里，巧妙地应付各种复杂的情况。始终保持冷静头脑，沉着机智地与国民党顽固派进行斗争。他不顾个人安危，时刻关心着周围同志的安全。有一次，国民党特务突然绑架了联络处人员宣侠父，叶剑英挺身而出。亲自向国民党当局提抗议，坚决要人。后来，国民党当局不得不将宣侠父放回。
叶剑英为了国共合作、共同抗日的大业，身负重任，两下西安，在充满惊涛骇浪的险恶环境里，经过前后300多个日日夜夜艰难曲折的斗争，终于完成了党赋予的重大使命。在卢沟桥事变的炮声中他又开始踏上新的更为艰难的征途。