1935年，张学良、杨虎城去南京参加国民党“五全大会”。杨派进步人士田文浩与我党北方局南汉宸联繫后，田来到杨虎城寓所，带来了我党发表的“停止内战，一致抗日”的《八一宣言》，激起了杨的爱国抗日热情。当时的张学良，正为陕北"剿共”失利，受到蒋介石的斥责而大为苦恼。后来，他到上海探望进步人士杜重远，倾吐了心中的苦闷。杜建议张与杨合作，并向他指出：出路就在西北。在延安，毛主席、周恩来、彭德怀等同志正在研究红军东渡黄河抗日的军事部署，李克农回来报告张学良希望与中共接触、杨虎城完全同意《八一宣言》主张的讯息。毛主席决定派人与杨虎城联繫。张、杨回到西安后，中共上海地下党通过杜重远和李杜介绍丁力到张学良处。这时，杨虎城也秘密会见了毛主席派来的人，并收到了毛主席的亲笔信。蒋介石安插西北“剿总”的特务一直注意张、杨的活动，密报南京。东北军高福源团长被我俘虏后，深受我党抗日救国伟大方针的感召，表示要回去做张学良的工作。一天，张学良接到东北军王以哲军长的电话报告，中共派李克农与张学良见面。张去洛阳王以哲军部会见了李克农。事后，李克农向毛主席等领导汇报了张要求见中央领导的意见。毛主席决定派周恩来在延安与张进一步会谈。“延安会谈”达成我党与东北军停火的协定，张还表示要说服蒋介石停止内战，一致抗日。国民党特务抓了张学良的赵副官，想弄清张飞往延安的内幕，但赵副官被杨虎城的十七路军执法队搭救脱身。张为这事怒火中烧，下令抄了国民党陕西省党部。丁力建议张给南京发电报，了却此事。张、杨于此事中以诚相见，终于携起手来。南京蒋介石接到张关于抄西安省党部请求“处分”的电报，被迫表示“不予追究”。参加军事会议的将领对“惑不解。

1935年10月22日，蒋介石以“避寿”为名从洛阳转抵西安，下榻临潼的华清池。张、杨主动求见，以探虚实。杨已察觉蒋来意不善。当蒋约张个别见面时，蒋谴责张学良辜负了他的器重。张则不断苦谏，被蒋拒绝，蒋严令张、杨全力“剿共”，否则将採取断然措施。此时，西安上万学生冲出中山门前来临潼请愿，蒋命令宪兵团对学生“格杀勿论”。一场血腥的屠杀即将发生。张学良赶到，力劝学生保持镇静，并保证以实际行动，答应学生的请求。12月12日，张、杨被迫对蒋实行“兵谏”，在西安、临潼两地同时进行。经过激烈的战斗，终于活捉了蒋介石。张、杨互祝成功并决定一方面以“八项主张”通电全国，一方面邀请我党来西安共商解决事变。蒋被活捉的讯息传到南京，军政部长何应钦与日本大使密谈后，以“拯救委座”为名，準备轰炸西安。宋美龄坚决反对，并戳穿了何企图取代蒋的阴谋。中共中央接受张、杨的邀请，派出以周恩来为首的代表团飞抵西安。周恩来对张、杨全面阐述了中共关于和平解决这次事变的方针，又亲自面见蒋介石，不仅向他分析了中国国难当关头的局面，并且揭露了何应钦的灭蒋野心，蒋才不得不考虑何去何从。在中共和张、杨以及宋氏兄妹的三方面会谈中，达成了和平解决西安事变的协定。但是，东北军和西北军的少壮军官得知张、杨同意在蒋不履行签字手续的情况下放蒋回南京，写了“抗议书”，表示誓死反对。张学良看到“抗议书”后，匆匆亲自送蒋回南京，当周恩来获知这一讯息赶到机场时，飞机已离开地面，周恩来对此深感遗憾。

1962年，北影厂导演成荫就有了把“西安事变”搬上银幕的想法。因为成荫的岳父申伯纯当过杨虎城的交际处处长，是中共地下党与西北军的联络人，他常听岳父谈起那段历史。成荫写了一个剧本提纲，请周总理审阅。周总理的意见是：片子晚些时候再拍，可趁很多当事人还活着的时候收集材料，先把剧本搞出来。1966年，“文革”爆发，成荫拍摄《西安事变》的计画中断。

粉碎“四人帮”后，为了缅怀周总理，甘肃省话剧团和西安话剧院分别创作了话剧《西安事变》。1978年，两台《西安事变》进京演出，受到首都观众的好评。文化部决定以话剧为基础拍成电影，并将任务交给北影厂导演崔嵬。筹备期间，崔嵬不幸病逝，成荫最终成为该片导演。

在创作剧本时，编剧成荫和郑重就希望将“西安事变”的前因后果真实地再现到银幕上，不主观地褒贬任何一方，而用真实可信的内容感动人，达到影片的教育目的。在筹备和拍摄过程中，成荫都强调以“一切为真”为创作前提。

该片涉及的历史人物众多，剧组在全国範围内寻找与历史人物外形相像的演员。导演成荫认为片中有两个人物必须选好，一个是张学良，另一个就是蒋介石。金安歌本来是準备饰演戴笠的，成荫发现他外形极似张学良，经过化妆试戏，决定由他扮演张学良。各角色慢慢都有了人选，唯有蒋介石的扮演者迟迟没有落实，成荫则坚持宁可不拍也不凑合。这时，孙飞虎在北影厂工作的一个老同学向剧组推荐了他。剧组通过贵州省话剧团要了两张孙飞虎的剧照后，让他来北京跟演周恩来的王铁成配了两场戏。成荫当即决定，电影可以开机了。

在角色塑造方面，导演成荫强调演员们要走现实主义表演道路，启发他们掌握角色在特定情境中的内在心理状态。

对于蒋介石的角色定位，成荫认为不能将其演成漫画式的，而是为这个人物定下“军事家和政治家”的基调。他告诉孙飞虎不要去看那些野史，多翻翻历史资料。于是孙飞虎就利用开机前的时间查阅了大量的资料，包括一些从国民党那里缴获过来的、附有蒋介石各个时期照片的历史文献（这些资料是经过特批才可以调阅的）。直到看过那些照片才，孙飞虎才对蒋介石的形象有了真正的认识。蒋介石说话的口音很重，说的是地道的宁波官话。孙飞虎在表演中保留了宁波官话中比较有特点的辞彙，结合国语，创造出一种独有的语言模式。在表演时，孙飞虎还着力让自己“生活在角色中”，更多地考虑蒋的处境，揣度蒋在当时情境下的心理活动，有意识地使语言生活化，注意在不同的心理节奏中语言节奏的变化。

金安歌的个性与张学良相差比较大，他本人很老实、拘谨，平时不太修边福。为了更接近人物，他在学习资料、揣度人物心理之外，更改变生活习惯，主动到同事家串门，也开始注意衣着的整洁合身。为了展现张学良的军人气质，他还有意识地使自己从身体到精神都处在训练状态。不但平时坐立行都要腰板挺直，而且在一年中坚持早上跑步，晚上练正步走，一天只吃四两饭，体重减了近二十公斤，还纠正了驼背和外八字脚的毛病。

扮演杨虎城将军的辛静查阅了大量历史书刊、杨的信件及上千张图片资料，走访了杨的亲属和部下。为了突出人物的主要特点，辛静与导演商议后，捨弃了杨虎城一些比较明显的外部特徵和行为习惯，比如历史上的杨虎城一口陕西话，走路时外八字脚 ，而将这些照搬上银幕未免令人物失之滑稽，所以捨弃不用。另一方面，辛静保留了当别人读档案时杨虎城闭目倾听的习惯，突出人物的“大智若愚、老谋深算”。

根据剧情，摄影部门认为影片不适合鲜艳、饱和的色调，根据影片剧情发生的历史因素、地理因素（黄土高原）、气候因素（冬季），摄製组将影片的色调定为以棕色调为主，兼用土黄色、灰色、黑色和白色，以提高影片的整体效果，使观众更易入戏。为了儘量给人以肃穆庄重之感，摄影师着力把彩色片拍出“黑白片”的效果，在开头表现杨虎城父子遇害的戏时，用墨绿色树林、灰色台阶构成冷调环境。在光调方面，为了向纪实性靠拢，不搞多余的装饰光，以求得到逼真的统一感，对正反人物既不美化也不丑化，对蒋介石、何应钦等反动人物并没有用脚光、顶光、冷色光去故意丑化。

在镜头运用方面，为了渲染同一画中出现的众多人物或两个主要人物之间的相互关係，摄製组採用了全景中景镜头与近景特写交替结构的方法。为了使镜头活泼，使用了许多移动镜头。

由于该片的纪实性原则，美术部门将创作核心定为“刻意求真、质朴大方”。从1978年起，美工师张子恩等人就开始蒐集历史资料，由于导演更换问题，工作一度暂停。1980年，当重写的剧本初稿出来后，美工师们又开始了收集工作，先后在西安、上海、北京、南京等地的图书馆、档案馆查阅史料，翻拍照片，察看景地，绘製建筑平面、立面构造图等，并多次访问事件亲历者。在正式开始案头工作前，他们已将千余幅人物、服饰、环境、道具、历史资料等各类照片汇集成册。

在环境方面，由于剧情中涉及的历史建筑大多保存完好，所以影片多处採用实景拍摄，而美工师们则在实景基础上按历史原貌布置道具。如在美龄宫内拍宋氏兄妹商谈的戏时，美工师布置了高级梳妆檯、基督教内容的绘画，以衬托人物的身份背景。对于另一些已不复存在历史性景物，摄製组进行了重建，如潼关城门、原华清池大门等。在追求真实的同时，摄製组也没有拘泥于实景，而是从整个戏的氛围出发，灵活掌握，改景或在摄影棚搭景，例如，西安事变指挥部原址是位于新城的一幢土灰色建筑，其貌不扬，为了强调银幕形象的气魄感，摄製组便改用关押过蒋介石的新城黄楼做指挥部外景。

该片涉及历史人物众多，化妆师通过翻阅历史资料、观摩各种影片，分析历史人物各自的特色，同时也根据演员的外形、气质制定肖像造型方案。例如，张学良在发动“西安事变”时没有留背头，而是短寸头，小鬍子也颳去了。化妆师考虑到金安歌本人的气质与张学良有差距，为了使其靠近张学良那种精明干练的“少帅”气质，化妆师还是决定为金设计了背头、小鬍子的造型。

一般来说，如果影片中出现多个肖像造型，会採取在演员脸上附加胶乳零件的塑形，但是，该片的化妆师考虑到胶乳容易出现痕迹，并要涂厚重的油彩才能使之与皮肤相衔接，易造成肤质失真，所以，他们决定在演员的嘴唇部位用胶乳雕塑造型法改变嘴形，而在鼻子、眉弓、耳朵部位採用肤蜡雕塑造型法。例如，孙飞虎脸型较凹，而蒋介石脸型较凸，化妆师使用了肤蜡把孙的鼻子垫高，使凹型脸凸了起来。

《西安事变》虽然从广阔的範围内描写了一场激烈的历史风云，却没给观众以芜杂、堆砌之感。这是编导占有大量翔实的史料，正确处理整体与局部的关係，把深刻的历史横断面与生动的人物刻画很好结合、精巧构思的结果。导演充分调动电影艺术的特殊手段，儘量发挥自由交叉时空的特长，紧紧抓住“捉蒋”这一中心事件，把各种各样的矛盾、纠葛，有机地、巧妙地交织起来，并且由于镜头的跳跃，节奏的加快，构成了强烈的戏剧冲突，扣人心弦，引人入胜。该片之所以能在革命历史题材创作上取得大的突破，关键在于导演挣脱了条条框框的束缚，摈弃以简单的政治概念去描写“坏人”、“好人”的做法，对反动派不加丑化，对进步人物与革命者也不拔高，而是严格遵循现实主义创作方法，以历史唯物主义的眼光，还历史本来面目，儘量使影片中的人物形象成为各有鲜明个性的活生生的人。（原中国电影出版社社长兼总编辑许南明评）

成荫以一个成熟艺术家的气魄勇敢地捨弃了惯常的艺术构思方法（虚构的“小人物”加真实的大人物），而採取了追求彻底的纪实性的艺术构思方法，并且其上达到了目的，使该片成为一部有着独特风格的电影史诗。片中蒋介石的形象相当準确、丰满、生动。（作家刘心武评）

该片在塑造国民党营垒中的人物形象方面，取得了重大突破，但在表现中共领袖人物方面，却很一般化，甚至显得苍白。儘管片中为中共领袖安排了不少场景，但却没有在这些情境中展示人物性格。以毛主席为例，影片为其安排了四场戏，从戏剧结构上看，剧情一直是平直发展，没有起伏，很难产生鲜明的人物形象和艺术魅力，而电影语言也是舞台式的，镜头呆板。这几场戏没有给人物提供多样而丰富的戏剧情节，人物性格色彩就显得单调。产生这些不足的原因，主要还是创作思想问题，还是不敢表现领袖人物的複杂的内心活动。（《电影艺术》评）