一在西安继续进行国共谈判
1937年7月7日，日本帝国主义者制造卢沟桥事变，发动了蓄谋已久的全面侵华战争。中国守军第二十九军一部奋起抵抗，全国性抗日战争从此开始。
7月8日，中共中央发出《中国共产党为日军进攻卢沟桥通电》，指出：在平津危急、华北危急、中华民族危急的关头，“只有全民族实行抗战，才是我们的出路。”呼吁全中国人民、政府和军队团结起来，筑成民族统一战线的坚固长城，抵抗日本的侵略。广大人民群众热烈响应中国共产党的号召，掀起了抗日救亡的热潮。
这时，叶剑英仍在西安，工作更加紧张忙碌。他遵照中共中央的指示，与各界抗日爱国人士频繁交往，昼夜接见各方面、各阶层代表，听取他们的呼声和建议，商谈抗日救国的办法。7月9日，他将西安各抗日救亡团体的意见概括整理成四点建议，向党中央作了报告。四点建议是：促请南京政府派部队增援在卢沟桥奋起抗战的二十九军；红军立即作准备增援华北的动员；向在卢沟桥英勇抗战的二十九军致电表示支持和慰问；派人前往华北，组织抗日义勇军。毛泽东当晚即电复叶剑英：请答复救国会及各方，我们同意他们的各项要求，并在做。请他们努力与政府、国民党部及各界领袖协商，迅速组成对付大事变的统一战线。
叶剑英根据毛泽东、朱德的指示，以中共和红军代表的身份，继续与国民政府军事委员会西安行营代主任蒋鼎文、第一厅厅长侯成如以及东北军、第十七路军等部队保持联系，就国共两党合作、红军改编与使用等问题，进行会谈，并将谈判情形和有关建议及时报告给党中央。
7月17日，蒋介石在庐山发表谈话，表示了抗战的决心。叶剑英在分析蒋介石的谈话内容和当时形势的基础上，于20日致电毛泽东、洛甫（张闻天）：中央社发表蒋17日对卢沟桥事件的谈话，极为重要，我党应有所表示。党中央、毛泽东完全赞同叶剑英的建议，电告叶剑英：拥护蒋谈话通电，准备数日内发出。根据新情况，党中央拟发表第二次宣言。7月21日，党中央正式发布了《中共中央关于目前形势的指示》。叶剑英见·电后立即复电中央，表示完全拥护，并进一步提出：“目前应发动全国抗战。只有发动全国抗战，在抗战过程中团结全国，才能取得民族解放战争全部胜利。”
7月31日，叶剑英与蒋鼎文继续会晤，要他转告蒋介石，红军改编至8月上旬可以完毕。改编后的指挥机关，按照中共中央意见，朱德、彭德怀任正、副主任。不能以“改编红军”为名而不设指挥机关，由蒋直接指挥。会谈中，叶剑英得知南京国民政府军事委员会即将召开国防会议，蒋介石有邀请毛泽东、朱德赴会的意图，便以“万万火急”电报致中央书记处：“蒋目前的困难是平津陷落，和平绝望，牺牲已到最后关头，……后方无一省一军不拥护中央，蒋无可借口，亦无谎可说，蒋只有决心抗战才能维持统治。国防会议的做法是要抗战，大家一致来抗，毛、朱已在被请之列。我想毛不必去，朱必须去。免为人所借口。”中央确定派周恩来、朱德和叶剑英去南京参加国防会议。
二出席南京国防会议
8月9日，朱德、叶剑英在西安与云南省政府主席龙云同机飞往南京。8月11日，周恩来、朱德、叶剑英在国民政府军事委员会军政部谈话会上分别发言。8月13日，周、朱、叶给中共中央的电报中说：“我们已渐取得公开地位，南京各要人及刘、白、龙等均见过。”随后，叶剑英被邀请出席军政部长何应钦主持的讨论会。在会上，他就“政略战略”等问题作了长篇发言。
叶剑英首先对中日战争中的敌我力量、国际因素以及战争的发展进程，作了分析和估计。他指出：我之战略重点若放在上海方面，即使取得胜利亦不能扭转全战局；如果将重点放在平绥线，则可转移全战局，并能破坏敌人的整个计划。战争将是持久的，我们不仅要动员国内力量，而且要大力争取国际援助。
叶剑英在谈到战略与战术关系问题时说：“虽战略上持久，但战术上仍应采取攻势，以求速战速决。战略上虽采取内线，但战术仍应取外线，随时包围敌人。故，集团防御战争，广大游击战争，广大民众之运动战，以此三原则以行作战。”
叶剑英在发言中，还谈到武装民众、政治工作、粮食补给以及创办专门刊物，介绍中国抗战及阿比西尼亚（今埃塞俄比亚）、西班牙抗战的经验等问题。
叶剑英的发言得到许多与会者的赞同，对于国民政府军事委员会制定全国抗战的战略方针起到了积极的作用。
通过周、朱、叶出席会议和进行统战工作，中国共产党在南京逐步取得了公开合法的地位。在会议期间，叶剑荚利用各种机会和场合同南京党政军各界要人以及冯玉祥、刘湘、唐生智、白崇禧、龙云、张发奎、黄琪翔、黄绍肱等将领会晤交谈，积极促进抗日统一战线的工作。从接触中，他亲身感到，南京主战空气越来越浓，主和者不得人心。对于蒋介石的抗战态度和军事部署，也有了进一步了解，心中有了数。国防会议结束后，叶剑英等即搬入南京中央路鼓楼附近傅厚岗66号（现为青云巷11号）办公。以后在此正式设立了八路军驻南京办事处。
8月13日，日军进攻上海，淞沪抗战爆发。同一天，叶剑英和周恩来、朱德就同国民党谈判条件向中共中央提出建议：（一）努力抗战，以巩固蒋介石的抗战决心；（二）红军立即改编，争取开动；（三）力争发表《中共中央为公布国共合作宣言》；（四）催促南京发表红军改编后正副指挥的任命。叶剑英协助周恩来奔走于国民党军政要员之间，积极开展团结抗战工作。他们多次同何应钦、蒋鼎文等会谈。一次，周、叶应何应钦之邀赴宴。正在用餐中，蒋介石打电话给何应钦。何接完电话回到席边，大声说：“报告你们一个好消息，委员长说要坚决抗战啦！”周、叶当即说道：“如果蒋先生真能坚决抗战，那当然是一件大好事。”何应钦接着说：“敌人在上海都打我们了嘛，我们还不抵抗？”叶剑英说：“如果不抵抗，大家都要当亡国奴了！”
8月18日，中共中央书记处给周恩来、朱德、叶剑英发出《关于与国民党谈判的十项条件的训令》，提出两党合作须建立在一定原则上。目前最重要的问题，是使中国共产党和红军取得合法地位。要求国民党迅速公开发表中共宣言，同时要求蒋介石发表谈话；公开边区组织和指挥部；承认红军充任战略的游击支队；在总的战略方针下进行独立自主的游击战争，发挥红军特长，以及立即发给红军以平等待遇之经费和补充器物等各项条件，以便红军早日开赴前线杀敌。根据《训令》提出的原则，周、叶与国民党当局经过反复谈判，就一些重要问题达成了协议。其内容包括红军改编后的名称、人数、编制，正副总指挥人选等。
在此期间，叶剑英还协助周恩来与国民党中央宣传部部长邵力子、国民党中央执行委员会委员于右任等交涉商谈，达成了中共在南京出版《新华日报》和《群众》周刊的协议。又同国民党中央及地方实力派商谈在南京、兰州、武汉、衡阳等地设立中共代表团和红军办事处，以及湘、赣、闽、粤、浙、鄂、豫、皖8省13个地区红军游击队的改编问题。还特意会见四川省政府主席刘湘，双方商定互派人员建立联络关系。事后中共中央派罗世文等到刘湘处工作。
三营救“政治犯”
当时，在南京“首都反省院”关押着一大批中共党员和革命同志。从“西安事变”和平谈判开始，中共中央就把“释放一切政治犯”作为国共两党重新合作的一项重要要求提出来，进行多次交涉。“七七”事变之后，国民党政府迫于全国各阶层民众一致要求释放政治犯的压力，释放了一批关在南京中央军人监狱的刑期较短的政治牙巳，但对一些“重要的政治犯”却不予释放。“八一三”之后，日军飞机轰炸南京，“释放政治犯”的呼声越来越高，监狱难友强烈要求出狱，到前方打鬼子去。请愿、绝食、抗议的斗争越来越激烈。在这种形势下，周恩来和叶剑英想方设法了解监狱难友情况，并利用谈判机会，多次进行公开交涉，营救被关押在南京几个监狱里的同志。8月18日，他们驱车来到“首都反省院”看望狱中难友。到达之后，他们首先向反省院院长提出，要看望夏之栩、王根英和熊天荆。院长派人把3名难友带来会见。据夏之栩回忆，周恩来、叶剑英一见她们便笑着说：“你们还认识我们吧？”夏之栩等人激动地说：“认识！认识！”接着，周恩来和叶剑英问道：“这个反省院关了多少人？还有我们认识的同志吗？”她们答道：“大概关了100多人，男的多，女的少，很多人改了名字。”这时，周恩来问陪同在一边的该反省院院长说：“她们出去，要办什么手续？”那院长说：“哎！填个保单，她们就可以走。”周、叶说：“我们保行不行？”“你们俩位保还不行呀！没有话说。”随后，周、叶提出要去看望其他难友。那院长满口答应，并马上命令看守，要他们把各监牢里的人全部带到大礼堂集合，说是周先生、叶先生要看看大家。很快，周、叶和大家见了面，向大家表示关心和问候，并且简要地讲了国际形势和国共合作的问题。周、叶讲话以后，当即作保，先将夏之栩等3名同志接出了反省院。接着，周恩来、叶剑英指派人员专门到几个监狱调查核实，然后，开列出名单，向国民党要人。不久，周恩来离开南京，这项工作就由叶剑英主持，继续与国民党打交道。经过多次交涉，将500多名难友从国民党监狱中救出。其中有共产党员钱瑛、刘宁一、帅孟奇、彭镜秋、黄文杰、王鹤寿、刘顺元、郑绍文、曹瑛、赵希愚、谭天度、萧桂昌、顾玉良、周云德、陈曾固、喻屏、陈春林、熊有清、陈霖、何洛等。这批人出狱后，大部分经西安转送到了延安，一部分送到衡阳八路军办事处办的训练班学习，少数就地分配了工作。后来，他们中的少数人在革命战争中牺牲了，大多数在新中国建立以后担任了重要领导职务，为党和人民做出了贡献。谭天度老人在百岁诞辰时，向来祝寿的同志们说，我能活到今天多亏当年周恩来、叶剑英解救10年牢狱之灾！
1937年8月21日，周恩来离开南京去山西。此后，在国共两党谈判中一些未能解决的遗留问题，由叶剑英与国民党继续谈判和交涉。在周恩来离开的第二天，南京国民政府正式宣布中共在西北的主力红军改编为国民革命军第八路军。8月25日，中共中央革命军事委员会主席毛泽东和副主席朱德、周恩来正式发布关于红军改编为国民革命军第八路军的命令。9月11日，按照国民政府军事委员会命令，第八路军改称第十八集团军，隶属第二战区，朱德为总指挥，彭德怀为副总指挥，叶剑英为参谋长，左权为副参谋长，任弼时为政治部主任，邓小平为副主任。第八路军下辖第一一五师、第一二○师、第一二九师。改编后，各师在总指挥部率领下，东渡黄河，开赴华北前线，对日作战。中共中央为了加强统一战线工作，决定成立长江沿岸委员会，周恩来、秦邦宪、叶剑英，董必武、林伯渠为委员，周恩来为书记。
10月3日，朱德，彭德怀致电军政部长何应钦、正副参谋总长程潜、白崇禧：“兹派职路参谋长叶剑英为驻京代表，李克农为驻京办事处主任，以后钧部所发与职路之一切军需、军械等概由该办事处主任李克农署名领取，特电谨呈备案。”
四在南京八路军办事处
叶剑英作为中共和八路军驻南京正式代表，与中共中央代表秦邦宪等，以公开合法的身份，遵循中共中央制定的抗日民族统一战线政策和各项指示，积极地开展工作。
全面抗战开始不久，国民党内一部分别有用心的人就大造舆论，把红军改编为八路军和苏维埃政府改为边区政府说成是中国共产党向国民党投降。针对这种情况，叶剑英在南京向美国合众社记者爱泼斯坦发表谈话，进行辟谣。叶剑英严肃指出：日本帝国主义是中华民族最主要的敌人。中国共产党主张同国民党及全国其他党派加强团结，组成民族统一战线，是为了争取抗日战争的胜利。在抗日民族统一战线中，共产党与国民党的关系是平等合作的关系，不存在共产党对国民党投降的问题。共产党同国民党合作抗日，并不是因为改变了主义，放弃了原则，相反正是根据马克思主义的原则，我们才这样做。国共两党，不但抗日时可以合作，就是将来抗战胜利后进行国家建设，也可以合作。叶剑英痛斥谣言制造者们说：“现在谁反对这个合作就是汉奸，谁破坏这个合作就是为敌人效劳。”
为了进一步揭穿谣言，叶剑英采用各种方式，宣传八路军的抗战战绩。平型关首战告捷，国民党的宣传机器却避而不谈。有些记者问宋美龄，在平型关打日本的是不是共产党领导的军队，宋竟予以否认，公开撒谎说是国民党的军队。对此，叶剑英在南京特意接见《京华晚报》记者，畅谈山西战局和平型关大捷的真相，实事求是地宣扬八路军在抗日前线所发挥的作用，提高了八路军的声望。
叶剑英还根据党中央指示，就南方游击队改编问题，同国民党进行了多次谈判。9月下旬，叶剑英和秦邦宪与国民党代表经过谈判，商定将南方8省区中共游击队的主力编为1个军。9月底，蒋介石核定：“任命叶挺为新编第四军军长。”秦邦宪、叶剑英将此事向中共中央报告后，中央电示：叶挺须来延安会谈后，可去闽粤边或闽浙边指挥当地游击队，并以此为基础，扩大部队。10月2日，毛泽东致电秦邦宪、叶剑英：“令项英到南京，告以政策，到宁后并令其来中央讨论南方的游击队改编问题”，指出：“南方游击队万不宜集中，项在江西的做法，上了国民党的当。”项英到南京后，会见秦邦宪、叶剑英，共同商议南方各省游击队面临的形势及改编意见。根据党中央确定的方针政策，叶剑英和秦邦宪告诉项英，应注意保存南方原有的战略据点，坚持抗日民族统一战线，不能放弃独立自主原则。在此期间，叶剑英、秦邦宪、董必武共同商议鄂豫皖边区高敬亭部和湘鄂赣边区傅秋涛部改编事，并向中共中央建议：“南方各地游击队，似以集合成为一个军，归八路军指挥为好。”项英于11月7日去延安，向党中央汇报请示新四军组建等问题。叶挺也于11月初去延安，返回南京后找叶剑英，具体商谈成立新四军问题，21日两人面见蒋介石会谈。项英、叶挺从延安回到武汉后，立即着手筹建新四军军部。
这一时期，叶剑英还广泛接触国民党上层和社会各界人士，并就陕甘宁边区、海南岛游击区的特区范围和急需的经费，以及太原失守后的战略部署等问题，同国民党谈判。根据谈判进展的情况，叶剑英和秦邦宪致电中共中央，预测国共两党关系有趋于恶化之势。毛泽东于11月11日在该电文上批示：“国民党自大主义依然十足，国危至此，还是统制政策不变，我们唯有坚持原则立场，逐步前进，最后冲破国民党的统制。”