在国共第四次谈判陷于僵持的形势下，中共作出退让，草拟了12条谈判意见，并通过宋美龄转交给蒋介石，其内容大致为：国民党中央公开表明赞同《中共中央为公布国共合作宣言》，各报刊可公开发表；迅速发表陕甘宁政府名义，从张继、宋子文、于右任3人中择1人担任正职，由林伯渠任副职，其范围包括现在所辖18县，其疆界请国民政府行政院和边区政府划定；国共双方派人分赴鄂豫皖、闽浙赣、闽粤赣、湘鄂赣等地联络与传达国共合作方针，对南方红军游击队实行改编；允许中共在延安出版的《解放》周刊在全国发行；红军改编的具体意见。

然而，蒋介石对这12条意见没有任何回应，仍坚持红军改编后不设统一的军事指挥机关，3个师直属行营管理；3个师的参谋长由南京派遣；政治主任只能转达人事、指挥的安排，可以周恩来为主任、毛泽东为副主任。这显然是想让没有统一军事指挥机关的红军听命于南京政府的行营，进而逐渐吃掉红军。对此，周恩来自然极力反对，谈判遂再次陷入僵局，中共代表离开庐山到达上海。7月20日，张闻天、毛泽东发电报指示周恩来、博古、林伯渠说，如果蒋介石不让步，我们就不再继续谈判，并要求周恩来和林伯渠暂留上海，以观察形势的发展变化，等待重开谈判。

随着华北局势的日益危急，全民抗战已成山雨欲来之势，周恩来在上海注意到形势的发展，致电张闻天、毛泽东，建议红军改编的工作应先行开展，不管形势如何变化，红军须“立即自行改编为3个方面军、6个单位的统一组织，每个方面军编足1万5千人，独立军、师都编入，加强干部，使各方面军都能独立工作”。7月27日，周恩来等到达西安，当日在与蒋鼎文会谈时，即得到蒋介石的口信：红军迅速改编，出动抗日。针对蒋介石的催促，周恩来让蒋鼎文转告蒋介石：红军同意改编，同意开拔，但是南京应立即发表《中共中央为公布国共合作宣言》。周恩来回到延安后，参加了中央关于红军改编出动抗日的会议，会议决定：立即争取西安行营的同意，将红军集中三原改编，编足4万5千人，3个师以上设总指挥部（将来可让步为军部），朱德任正职，彭德怀任副职。

7月29、30日，北平、天津相继沦陷后，蒋介石于7月31日发表《告抗战全军将士书》，声称：“和平既然绝望，只有抗战到底。”。接着，周恩来和博古赶赴云阳镇，出席红军前敌总指挥部召开的红军高级干部会议，共议红军改编、出动抗日的问题，并同朱德、彭德怀、任弼时等商定红军改编中的编制、分布、干部配备等问题。

就在此时，叶剑英从西安发电报给周恩来说，桂系将领李宗仁、白崇禧和川军将领刘湘等将去南京，出席国民政府军事委员会召开的国防会议。蒋介石、李宗仁这对生死冤家都能坐在一起，共议危亡之局，真可谓“兄弟阋于墙，外御其侮。”，因此，周恩来料想中共也将被邀参加会议，为了掌握团结抗日的主动权，他致电毛泽东、张闻天，提出中共应派人参加，争取公开合法的地位。果然，8月1日，毛泽东转来张冲的急电：蒋介石密邀毛泽东、朱德、周恩来速至南京共商国防问题。就这样，本已停滞的国共谈判又峰回路转，柳暗花明。周恩来电复张冲：如开国防会议，则同朱德、叶剑英去；如系谈话会，则同林伯渠、博古、叶剑英去。张冲立即复电，说明是开国防会议，希望毛泽东、朱德、周恩来到南京参加会议。

对于即将开始的国共第五次谈判——南京谈判，其最突出的问题是红军改编和出动抗日的问题，为此，中共进行了认真的准备。8月4日，周恩来和朱德、博古、林伯渠、彭德怀、任弼时研究讨论后，向中共中央提出了《关于全国对日抗战及红军参战问题的意见》和《关于红军主力出去抗战的意见》。次日，张闻天、毛泽东复电指出，红军担负的是“独立自主的游击运动战，钳制敌人大部分，消灭敌人一部”，“在一定地区内协助正面友军作战”，遵循“按情况使用兵力的原则，在此原则下，承认开拔兵力”。可见，中共从一开始就没有打算为抗日拼尽红军之全部力量，只是打算以游击战的方式牵制敌人，配合国军正面战场作战。

随后，周恩来和朱德等来到西安，并派人前往西安行营，与蒋鼎文交涉，要求释放关押在西安的1000多名红军西路军战俘。当日，30多名西路军干部获释，接着又有210余人得到释放。8月9日，周恩来同朱德、叶剑英飞抵南京。在南京期间，他们活动频繁，多次与冯玉祥、白崇禧、刘湘和龙云等会晤，处于秘密状态的中国共产党，在经历十年风雨后，终于得以公开活动。

在国民政府军政谈话会上，周恩来再次阐明中共中央关于对日抗战的方针意见，指出：当前战争中，必须培养出可以独立持久的能力；在正面防御上，不可以停顿于一线及数线的阵地，而应当由阵地战转为平原与山地的扩大运动战；另一方面，则要采取游击战。朱德也做了发言。虽然中共的意见获得了与会者的好评，对于国民政府制定全国抗战的战略方针产生了积极的影响，但是，在讨论国共合作的具体问题时，蒋介石却仍然不依不饶，提出种种非议，对7月间就交予的《中共中央为公布国共合作宣言》一直不予发布。当周恩来重提此事时，蒋介石让康泽出面对周恩来说，中共的宣言不宜提“民主”，应一律改为“民用”；要取消对民族、民权、民生的解释；不同意提同国民党获得谅解而共赴国难等。

就在康泽与周恩来会谈的第二天，“八一三”淞沪会战爆发，战火逐步向国民政府所在地南京蔓延（这部分内容我们在今后做详细介绍）。面对日益危急的形势，蒋介石不得不同意中共中央的条件，国共谈判中久拖不决的问题终于得到落实。8月18日，蒋介石同意了红军改编和改编后的指挥机关及人事任命等问题。8月22日，南京政府正式发布了改编共军文告：将中共领导下的红军改编为国民革命军第八路军，任命朱德、彭德怀为正副总指挥，叶剑英为参谋长，下辖三个师，林彪任115师师长，贺龙任120师师长，刘伯承任129师师长，兵力为四万五千人，列入第二战区，归阎锡山指挥。9月22日，国民党中央通讯社正式播发《中共中央为公布国共合作宣言》；23日，蒋介石发表讲话，指出团结御侮的必要，承认了中共在全国的合法地位。至此，经过前后五次的谈判（西安谈判、西湖会谈、两次庐山谈判和南京谈判），国共第二次合作正式形成。

在南京谈判中，周恩来多次强调八路军可以充任战略游击支队，在总的战略方针下，进行独立自主的游击战争。最终，蒋介石、何应钦同意八路军充任战略游击支队，执行侧面战，协助友军，扰乱与钳制日军大部并消灭一部分的作战任务。自8月下旬起，八路军三个师的主力陆续由韩城等处东渡黄河，经同蒲铁路开赴抗日前线。

红军主力改编为八路军后，周恩来开始考虑与蒋介石讨论南方红军游击队的改编和中共合法机构的问题。何应钦代表蒋介石同周恩来具体商谈，同意中共派人到南方各游击区，传达中共中央指示，并协助红军游击队改编为国民革命军新编第四军。10月12日，位于江南湘、赣、闽、粤、浙、鄂、豫、皖八省边界地区的小股红军游击队和红军第28军被改编为国民革命军新编第四军，亦即新四军，叶挺出任军长，项英为副军长，兵力一万两千人，列入第三战区，归顾祝同指挥。

通过南京谈判，国府允许中国共产党在南京、上海等地设立中共代表团和八路军办事处；后来，又在武汉、长沙、兰州等地设立中共代表团办事处、八路军办事处、新四军通讯处等。另外，在南京谈判中，周恩来还强烈要求南京政府释放被关押的共产党员。8月18日，周恩来和叶剑英到首都反省院看望被捕的中共党员，经过反复交涉，大批中共精英相继获释。