九一八事变
中原大战及万宝山事件发生后，全球经济大恐慌环境下，刚从内战中恢复的华北及东北统一的中国主权和日本南满铁路的特权，冲突可能性升高。1931年5月28日，张因伤寒病住进北平协和医院。
月6日，张密电东北政务委员会：“此时如与日本开战，我方必败。败则日方将对我要求割地偿款，东北将万劫不复，亟宜避免冲突，以公理为周旋”。9月6日，张从北平发“鱼”电给东北边防长官公署军事厅长荣臻，与东三省政务委员会代主席臧式毅：“查现在日方对外交渐趋吃紧，应付一切，亟宜力求稳健，对于日人无论其如何寻事，我方务当万方容忍，不可与之反抗，免滋事端。希迅即密电各属切实注意为要。”
月18日，日本关东军发动震惊中外的“九一八”事变，驻守北大营的一万多名东北军将士因遵循张的严令，张本人说“不抵抗”是要表明日本侵略而非维护其南满铁路特权。事变发生后，张要求率领东北军力避冲突，未行军事抵抗，导致东北沦陷，满洲国傀儡政权建立。张率领东北军关内陕西。此时蒋令东北军固守锦州，但张却弃守锦州，带领东北军约40万人退入关内。日军很快侵占东三省全境。
在九一八事发当时，乃是张亲自下达“不抵抗命令”。而蒋迟至9月19日到达南昌后，晚间9至10时才从上海方面得知“事变”消息。张事后自己也说，“是我们东北军自己选择不抵抗的。”
荣臻在事变后提出之报告（节录）：
“……二十年（1931年）九月十八日晚十时许，沈阳东北方向，忽闻爆发声音，全城池为之震，此即日军自己炸破其南满本线柳条沟附近铁道之工作也，……信号声音爆发后，余即电话询问各方，得知日军袭击北大营，当即向北平张副司令，以电话报告，并请应付办法，当经奉示，尊重国联和平宗旨，避免冲突，故转告第七旅王以哲旅长，令不抵抗，即使勒令缴械，占入营房，均可听其自便等因，彼时，又接报告，知工业区迫击炮厂、火药厂，均被日军袭击，当时朱光沐、王以哲等，又以电话向张副司令报告，奉谕。仍不抵抗，遂与朱光沐、王以哲同到臧主席宅研究办法，决定无论日军行动如何扩大，攻击如何猛烈，而我方均持镇静，故全城商民军政各界，均无抵抗行为。……”
张学良，九月十九日下午：
昨日接到沈电，惊悉中日冲突事件，惟东北既无抵抗之力量，亦无开战之理由，已经由沈，严饬其绝对不抵抗，尽任日军所为。
年，曾任张学良机要秘书的郭维城，宣称东北军不抵抗，是因为张学良接获蒋介石命令。中国大陆长年宣传张学良“接蒋介石命令不抵抗”并以此拍摄电影《西安事变》。张学良日后接受访问时，多次坚持是因为他误判情势，下令不抵抗所致。据时任陆海空军副司令行营秘书处机要室主任洪钫回忆，1931年8月16日，蒋曾以“铣电”密电张：“无论日本军队以后如何在东北寻衅，我方应不予抵抗，力避冲突，吾兄万勿逞一时之愤，置国家民族于不顾，希转饬遵照执行。”在中国大陆所有档案资料馆中，均找不到铣电原件档案。在海外，21世纪的头几年，一度曾有人根据窦应泰《张学良三次口述历史》一书，称“铣电”的原件藏在美国哥伦比亚大学的“毅荻书斋”的展柜中。著名历史学家杨天石亲自给窦应泰打电话询问此事，得到的回答是“不足为据”。据台湾历史学家刘维开称，他曾经翻遍台湾蒋文档最齐全之《蒋中正总统档案》（“大溪档案”），也没有找到“铣电”档案，查无相关迹证。张晚年亲口否认铣电之存在。历史学家唐德刚曾当着张面前感慨道：“我们听了五十多年了，都是这个说法呢，都说是蒋公给你的指令呢！”“……都说蒋公打电报给你，说吾兄万勿逞一时之愤，置民族国家于不顾（所谓铣电的关键语句）。又说你拿着个皮包，把电报稿随时放在身上。”张回答说：“瞎说，瞎说，没有这事情。我这个人说话，咱得正经说话。这种事情，我不能诿过于他人。这是事实，我要声明的。最要紧的就是这一点。这个事不是人家的事情，是我自个儿的事情，是我的责任。”
九一八事变后，马君武诗作指控张学良软弱，令张学良被称为“不抵抗将军”，然而马君武这指控却是出于两人私怨而凭空诬告。
诗云：
赵四风流朱五狂，翩翩胡蝶正当行，温柔乡是英雄冢，哪管东师入沈阳。
告急军书夜半来，开场弦管又相催，沈阳已陷休回顾，更抱佳人舞几回。
首先，诗中的胡蝶（蝴蝶）不但当时不在北平，终其一生根本未见过张学良。朱五，即朱启钤的第五女朱湄筠，于九一八事变前一年早已成婚，嫁给张学良的爱将朱光沐，主婚人正是张学良。
香港历史学家丁新豹指出九一八事变当晚，张学良乃与其参谋何世礼、何父何东爵士晚饭：“当日张学良听完一个电话之后，饭未吃完就离席，原来电话是报告日军突袭沈阳，是为“九一八事变”。”而不是与女士聚会。
而身在其时的马君武写出与事实完全相反的指控，被认为是因当他听到张学良对张伯苓办南开大学捐赠巨款，但上门向张学良要求捐款时却被拒，才故意诬蔑张学良，也在重视礼法的年代坏女子名节。据作家高阳所言，朱湄筠告诉他后来遇上马君武，上前道自己便是他笔下被诬蔑的朱五，“当时马博士的窘态，非语言笔墨所能形容，结果是不俟终席而遁去”。
西安事变
年12月1日，张获悉，如东北军不执行剿共命令，蒋便将其调苏皖闽；12月2日，张赴洛阳劝蒋，并表示“如不抗日，东北军将士恐怕难以指挥”（这是实情，当时陕西省政府主席邵力子都担心，如继续剿共，东北军下层官兵就会造反）；蒋明知西安不稳，但为完成其剿共事业，毅然答应前往。12月4日，为部署新之“剿共”内战，蒋从洛阳再次来到西安。蒋抵西安，仍住华清池。蒋向张、杨表示：一是进剿红军；二是如不愿剿共，则将东北军调往福建，十七路军调往安徽，陕甘两省给中央军剿共。12月7日下午，张到华清池同蒋单独会谈，说当今抗日是第一大事，红军问题可用政治方法解决只有一致对外，才能安内，一旦抗日，就能统一；又说东北军将士抗日情绪不可压制；他表示对蒋一贯忠诚，面临国家民族之生死存亡，不能不据理力争，希望委员长慎重考虑；两人争执很久，最后蒋对张大发火说：“现在你就是拿枪把我打死，我的剿共计划也不能改变。”12月8日上午，杨在张劝说下，去华清池向蒋进谏。蒋命令杨要“放手撤换”十七路军中“不主张剿共而主张抗日的军官”。杨见蒋态度无法挽回，便返回西安。
张回到西安把见蒋之情况告诉杨，两人认为蒋不会改变主意。张、杨见“苦谏”彻底失败，商定对蒋“兵谏”。12月9日，西安各校学生举行纪念“一二九”运动一周年游行请愿活动，以推动团结抗日。在中共地方党和救国团队领导下，西安一万多名大、中、小学生举行声势浩大之示威游行和召开纪念大会。蒋得知学生请愿队伍前来临潼之消息，急令张派兵制止，说如果学生不聴，可采取武力行动。张担心学生运动影响自己之“运动”，前去劝阻，说东北是从他手里丢掉，他也要亲手收回来。张追上学生队伍。张立即赶到去临潼之路上对游行学生讲话，指出“前面不是坦途”。他说大家太辛苦了。他对学生说：“请你们相信我，我张学良和你们是一样的思想，一样的心，你们的要求就是我的要求，也许我比你们的要求更迫切。你们的意见，我一定负责转达到，我去讲可能比你们更有分量。我保证一星期内以事实答复你们的要求。”学生们同声高呼愿意为救国而流血牺牲。东北大学学生高呼“中国人不打中国人！”“东北军打回老家去，收复东北失地！”等口号。学生们见张态度诚恳，就同意不去临潼，回到西安。
年12月，“西安事变”爆发前数小时，他在西安召集干部会议，宣布这项惊人阴谋，大多数人都默默无言，只有于学忠和另一位高干发言。于说：“少帅，抓起来很容易，您考虑没有，以后怎么样放他呢？”张学良、杨虎城发动西安事变，逼蒋抗日。张、杨对蒋兵谏之目的是要求停止剿共，进行抗日。
月25日中午，宋子文去新城大楼恳求杨虎城同意放蒋，杨仍坚持没有保证条件不能放走蒋。杨一向尊重张，便慨然同张一起送蒋去机场。下午3时半，他们乘汽车从蒋住处出发，直奔西郊机场。张送蒋乘机离开西安，先把宋美龄送上飞机，再让蒋乔装到张的部队中登机脱逃，周恩来甚至赶到机场想把他们追回来。当日抵洛阳。离开西安前，张留下手令，把东北军交给杨指挥。事变结果，蒋最终获释，而国民政府提前停止剿灭中国共产党，中国共产党则宣布停止推动分离主义与土地革命，建立苏联所期望的形式上中国抗日战争统一战线。
受审
年12月30日，国民政府任命李烈钧为审判长，对张学良军法会审。同日，张交付军事法庭审判，判决如下：“张学良首谋伙党，对于上官暴行胁迫，判处有期徒刑十年，褫夺公权五年”。12月31日，张学良从宋子文公馆移住南京中山门外孔祥熙公馆。当天下午，蒋呈请国民政府“予以赦免”。蒋向国民政府呈请张“应得罪刑，予以特赦。并责令戴罪图勋，努力自赎。”。