第二天，马歇尔飞往重庆。
毛泽东对马歇尔的到来寄予了极大希望。
重庆谈判期间严重的精力透支，使毛泽东一回延安就病倒了，这是毛泽东一生中极少出现的严重的身体不适。为此，斯大林专门派来了两名医生。经过检查，苏联医生认为是“负担过重，精神过于紧张”所致。可是，马歇尔来华的消息让毛泽东一下振奋起来。他从休养的医院中搬出来，没有回距离延安城较远的枣园，而是住进了八路军总部王家坪。
无疑，共产党人希望避免内战。因为一旦内战爆发，共产党领导的军队还不具备抵抗强大的国民党军的能力。要想生存下去，最切实可行的方针就是与国民党合作。可是，即使《双十协定已经签订，军事冲突还是频繁发生。而要化解这种紧张局势，目前只能依靠美国人的调解。一个被误读的历史真实是，中国共产党人并没有依靠苏联的企图。原因很简单：苏联靠不住。斯大林在接见美国国务卿贝尔纳斯时，也对马歇尔使华作出了积极回应：“如果有什么人能解决（中国）这个形势的话，那就是马歇尔将军，他是仅有的几个既是政治家又是军人的人。”而在蒋经国应斯大林之邀、以蒋介石私人代表身份访问苏联时，斯大林再次明确表示“支持国民政府”，并拒绝充当中国问题的调解人。——三年后，当中国的解放战争进行到最后阶段，中国共产党人的胜利已成定局时，斯大林承认了他的错误：“（当时）我们认为中国没有发展起义的前景，中国同志应该寻求同蒋介石的妥协，他们应当参加蒋介石的政府，解散他们的军队……在中国问题上，现在我们承认我们是做错了。”
在重庆，马歇尔会晤了中共代表周恩来、叶剑英、董必武。周恩来表示，中国共产党人认为不能有内战，主张立即停止一切冲突，组成联合政府，民主地解决国内的一切问题。马歇尔注意到国共之间的一个重要分歧：国民党要求共产党军队统编应在成立联合政府之前，而共产党认为“一个他们在其中有真正发言权的联合政府”是统编军队的“先决条件”。
整整三十年后，马歇尔使华期间为美国国务院撰写的报告公之于世，在这份报告中他已经清醒地认识到：“一方面，国民政府畏惧和不信任苏联，并确信中共是苏联的傀儡。国民政府不相信中共的诚意和真挚。另一方面，中共也同样不信任国民政府。在后者表示愿意放弃一党统治并建立一个联合政府时，中共并不相信他们的诚意和真挚。他们担心政府的特务机构。除非他们在政府里得到一种发言权，足以充分保证他们作为一个政党继续存在和他们的党派活动自由，他们就不愿交出他们的军队……
一九四五年十二月二十七日，中断一个多月的国共谈判终于恢复。
谈判一开始，共产党方面提出“无条件停战”，而国民党方面坚持“有条件停战”，这个条件的核心就是“恢复交通”，也就是共产党人在北方的解放区内给国民党军北进让出通路。
新年之夜，马歇尔彻夜未眠，同时给蒋介石和毛泽东写备忘录，他特别要求蒋介石作出妥协，但最终还是在自己一直坚持的“无条件停战”的原则上做了艰难的折中。这种颇费脑力的思索并不是美国人所擅长的。最后，马歇尔建议成立由国、共、美三方组成的谈判小组。
蒋介石在马歇尔的劝说下表示愿意停战。
毛泽东权衡了东北问题有苏联参与的特殊性后，也对马歇尔的备忘录给予了支持。
谈判小组成立了，成员是：美国总统特使马歇尔，国民党政府代表张群（四川省政府主席），共产党代表周恩来。当谈判小组坐下来的时候，张群突然提出华北的赤峰和多伦也属于东北范畴，这两处地方也必须由国民党军队接收。这个要求传到延安，毛泽东作出了严厉的回应：共产党不反对部分国民党军队进入东北，但国民党始终拒绝协商军队安全进入东北的办法。如果国民党方面坚持自己的主张，一旦发生大规模的军事冲突，共产党方面概不负责。
此时已经是一九四六年一月九日，距离政治协商会议开幕仅仅还有一天的时间，心情恶劣的马歇尔在没有事先通报的情况下直接去了蒋介石在重庆的官邸。蒋介石态度强硬，说这一要求实际上是防止苏联染指华北的举措。马歇尔提醒蒋介石他是代表美国政府来华的，他目前的职责和权力是苏、美、英三国认可和赋予的，如果今天晚上达不成协议，对他的使命以及对蒋介石的切身利益都是不利的。尽管宋美龄将马歇尔严厉的语气尽可能翻译得柔和了一些，但蒋介石还是感受到了巨大的压力。在得到蒋介石暂且不提赤峰和多伦之事的许诺后，马歇尔回到寓所用电话通知了周恩来和张群。谈判双方的工作人员立即开始起草，停战协定文件终于在一月十日凌晨完成。
协定规定一月十三日午夜十二时起停战协定生效，届时双方停止一切军事冲突。
蒋介石与毛泽东在同一天发布了停战命令。
虽然久盼的和平似乎即将到来，但是，双方作战部队都接到了于协议生效前迅速占领有利军事要点的命令。一月十二日十三日各处战斗激烈。
十三日上午，距离停战协议生效还有十几个小时，冀晋军区政委王平和副司令员陈正湘突然接到各部队阵地相继受到国民党军进攻的消息。在向晋察冀军区司令员聂荣臻汇报之后，聂荣臻命令他们立即接敌，守住阵地，寸土不让。战斗结束，已经是十四日凌晨四时。
停战了！
北平的东单北大街上有座赫赫有名的协和医院，这座宫殿式的建筑，是在美国石油大亨洛克菲勒以十二万五千美金买下的一个破落王府的基础上修建的，由于有美国人的背景，这里被选为停战协定中规定的军事调处执行部的办公地点。此时，协和医院俨然成了一座军营，大门口有两个士兵站岗，一边是穿着美式皮鞋、挎着美式冲锋枪的国民党军宪兵，另一边是穿着黑色布鞋、打着绑腿、挎着缴获的日式步枪的八路军战士。双方都佩戴着写有“军事调处执行部”的胸章。出出进进的国民党军人、共产党军人和美国军人从军装上很好分辨，但细心的北平百姓还是发现，八路军军官还佩戴着一枚圆形胸章，上面有两支麦穗，刻有“中共代表团”的字样。马歇尔说，“军调执行部是世界历史上最奥妙的组织”，这个以调解中国军事冲突为目的的机构，其主席由美国委员罗伯逊担任。
就在停战协定签字的那天，国共两党在重庆谈判中达成共识的政治协商会议召开了。这个标志着中国政治和解的会议，从今天的角度看犹如一场幻梦。参加会议的三十八名代表成分复杂：国民党代表八人、共产党代表七人、民主同盟代表九人、青年党代表五人、无党派代表九人。蒋介石在开幕词中再次许下了“人民之自由”、“政党之合法地位”、“实行地方自治和普选”以及“释放政治犯”四项诺言。中共代表周恩来也致辞说，共产党人“欢迎这个公布，并愿为实现这四条权利而奋斗”。接着，拥有不同政治信仰和政治目的代表们，就停战问题、军队国家化问题和政治民主化问题，展开了激烈而混乱的争论。最终，到一月三十一日会议闭幕时，通过了《关于政府组织问题的协议、《关于国民大会问题的协议、《和平建国纲领、《关于军事问题的协议和《关于宪法草案问题的协议。
