在重庆谈判开始之前，国民党为了应付谈判中可能出现的问题，在8月25日由潘公展主持国民党中央联席会报秘书处会议，提出谈判意见，基本策略为军事拿紧，政治放松；态度上不予刺激，推诚相待；一切采取主动，应放开者先放开；将商谈情形逐日公布，充分表露我方委曲求全忍让之苦心，使中外对我同情；但随时准备破裂，同时提防各党派勾结，绝不让其他党派参与此次商谈。关于谈判的具体方案，他们提出：应以军令、政令统一为商谈之前提，军事从严，政治从宽；在政治体制上，放弃训政时期以党统政的形式，采用控制从政党员的方式，即以行政院为类似责任内阁之组织，立法、监察机关可容纳中共及各党派人员；但所谓解放区不能存在，中共之政治人员，在绝对遵照政府法令条件之下，可酌量委充地方官吏。29日，潘公展另函呈蒋介石，提出国民党可以酌量容许的解决办法为：整编后的中共军队不许特殊化，惟整编之数不妨量予提高；中共政权组织应一概取消，中共军队不听命令等行为，应一律严令停止；国防最高委员会改设政治会议，此中自可容纳中共分子；行政院设政务委员会，酌量容纳他党人士；国民政府委员会或军事委员会委员，亦可酌选中共或他党参加二三人。他认为：“钧座对此顽梗之中共问题，苦心焦虑，非常人所能想象。今幸以德威之感召，毛泽东居然来渝，此诚解决本问题之最后良机。要宜持之以坚，容之以忍，终求大功之告成，悬案之终了。万不可商谈而后，初步解决其一部分问题，而更贻将来无穷之患。”在综合党内各方意见的基础上，蒋介石指示国民党代表在谈判中采取的原则为：军事绝对统一，政治尽可宽大，不妨次第让步，以示一再容忍，务取宽大，达成妥协求全之任务。（《蒋中正总统档案·特交档案·分类资料（防共）：国共协商卷》015卷第3号，台北，“国史馆”藏。）虽然蒋介石有所谓“政治宽大”之表示，但在此后的实际谈判进程中，国民党固然要求军事之绝对统一，即使对“政治宽大”也未见实质让步。
重庆谈判，名为毛泽东与蒋介石的谈判，两人亦有多次会见，并为谈判决定原则，但实际谈判主要是在中共代表周恩来、王若飞和国民党代表张群、张治中等之间进行的。9月3日，周恩来向国民党提出中共的谈判方案，表示中共愿“在和平、民主、团结基础上实现全国的统一，建设独立、自由和富强的新中国，彻底实现三民主义”，同时表示“拥护蒋先生，承认蒋先生在全国的领导地位”。方案提出国民党承认各党派合法、承认解放区政权及部队、严惩汉奸、重划受降地区、停止武装冲突、结束党治、保障人民自由等要求。方案的核心内容为提出实现政治民主化和军队国家化的必要办法。关于政治民主化问题，要求召开各党派及无党派人士参加的政治会议，讨论建国大计、施政纲领、改组政府、重选国大等问题；实行地方自治和普选；承认中共解放区政权的地位，在陕甘宁边区及热河、察哈尔、河北、山东、山西委任由中共推选之省主席，在绥远、河南、江苏、安徽、湖北、浙江、广东六省与北平、天津、青岛、上海特别市委任由中共推选之省副主席或副市长，中共参加东北行政组织。关于军队国家化问题，提出公平合理地整编全国军队，中共部队编为16个军48个师，驻地集中在淮河流域及陇海路以北地区；中共参加军委会及其各部工作；设立北平行营及北方政治委员会， 委任中共人员为主任。（《毛泽东文集》第4卷，20—21页。）
在得知中共的方案后，9月4日，蒋介石指示国民党谈判代表：（1） 军队问题，中共军队最多编12个师，驻地由双方商讨决定；（2） 解放区问题，只要中共做到军令、政令的统一，则对县级行政人员酌予留任，省级行政人员亦可延引中共人士；（3） 政治问题，拟改组国防最高委员会为政治会议，由各党各派人士参加，中央政府俟国大后再予改组；（4） 国大问题，已选国大代表仍然有效，中共方面可酌增代表名额。（《总统蒋公大事长编初稿》卷五（下），825—826页。）蒋介石企图以此解决国共之间的全盘问题，但归结于所谓政令、军令的统一，仍是以对中共的军事收编并交出解放区政权作为中共在一定程度上政治参与的条件，与中共强调政治民主化，同时保持对己方军队和解放区控制权的要求恰成对比。国共双方的主张距离甚远，预示着谈判的艰难。
自9月4日起，国共双方就有关问题开始正式谈判。国民党先后参加的有张群、邵力子、张治中、叶楚伧和张厉生，中共则始终是周恩来和王若飞参加。对于中共所提方案，国民党代表认为，军队问题与前此所谈距离甚远，而解放区问题如照中共意见，非导致国家于分崩离析之局不止。中共代表则认为，要解决国共两党问题，必须承认两党皆有军队和政权的现实，否则便无法再谈。周恩来特别提出：我党对于国民党，已作重大让步，军权政权，中共皆承认国民党为中国第一大党，然国民党亦不能抹杀共产党，故国民党亦必须为我党打算，方能使我们两党各得其所。鉴于双方在有关军队和政权的大原则上意见暂无法保持一致，张群遂建议，从讨论具体问题入手，以期会谈有所进步。此建议得到周恩来的赞成。在关于具体问题的讨论中，双方先在召开政治会议和国民大会、制定宪法等问题上达成了初步妥协；次在军队问题上，中共军队保留20个师成为双方都可以接受的方案，有达成协议的可能。惟一难以解决的是关于解放区的地位问题。国民党坚持，中共只能推荐省级行政人员，由中央择予任用；而中共则坚持国民党对解放区现状应予一定程度的认可。中共总结谈判进程为：“蒋表面上对毛周王招待很好，在社会上造成政府力求团结的气象。实际上对一切问题不放松削弱以致消灭我的方针，并利用全国人民害怕与反对内战心理，利用其合法地位与美国的支持与加强他（保障美国在远东对苏联的有利地位），使用强大压力，企图迫我就范，特别抓紧军队国家化问题。因此在谈话态度上只要求我们认识与承认他的法统及军令政令的统一，而对我方则取一概否认的态度。”（中央档案馆：《中共中央文件选集》第15册，276—277页，北京，中共中央党校出版社，1991—1992。）
为了早日达成妥协，9月19日中共主动提出，其在南方海南岛、广东、浙江、苏南、皖南、湖北、湖南、豫南八个地区的军队第一步可以撤至苏北、皖北及陇海路以北地区，第二步再撤至鲁、冀、察、热、晋省之大部分、绥省之小部分与陕甘宁边区；解放区亦随军队驻地而合一，即鲁、冀、察、热省主席和晋、绥省副主席及平、津、青市副市长由中共推荐，省区数量较之原提方案大幅度减少。然而国民党仍拒作让步，甚至连一向与中共关系友好的张治中也表示政府殊难考虑中共方案，指责中共此举为割据地盘，引致双方激烈争辩，谈判气氛紧张，不得不暂时停顿。中共甚至还得到情报，称国民党中统要员私下透露，蒋介石将以常有国事咨询为由，不让毛泽东和周恩来返回延安，以动摇中共军心，以利于国民党的进攻。因此，26日的中共中央政治局会议认为谈判没有结果，形势可能逆转，毛泽东再留重庆似无必要，建议毛泽东争取尽快回延安。
虽然如此，国共双方都无法承担谈判破裂的政治责任。蒋介石盱衡国内外形势：“俄是否因此借口毁灭其盟约义务？促使蒙疆内侵与久踞东北？果尔，则国际形势犹能容忍否？又美国舆论与政策，是否因之改变，弃绝我国不再予以接济乎？”在对美、苏动向尚无把握的情况下，他决定“不能不为国相忍”。（《总统蒋公大事长编初稿》卷五（下），837页。）而毛泽东审时度势，亦决定仍留重庆，争取社会舆论与中间派，以取得政治主动权。他特别告诉《大公报》总编辑王芸生：我们对国民党，只是有所批评，留有余地，并无另起炉灶之意。由于中共“调子低，让步大（允逐步退出陇海路以南），表示委曲求全”，9月27日谈判恢复，双方同意由军政部、军令部和中共另行讨论军队数量与整编等问题，而对解放区政权问题仍无法达成妥协。中共提出的在省级行政区划基础上维持解放区政权的各种方案均为国民党拒绝，国民党只能同意在县级，至多是地区级行政区划基础上承认中共政权的可能性。周恩来的看法是：“武装固然重要，但武装毕竟是保持根据地的工具，武装脱离了根据地就无法生存。蒋看清了这点，他也特别懂得这个问题的重要性，因此，他无论如何不承认。”（《中共中央文件选集》第15册，293页；《周恩来选集》上卷，254页，北京，人民出版社，1980。）国民党最忌讳的，也是最担心的，就是中共合法地取得政权并拥有军队。双方在这个问题上的立场一直无法接近，最后只能暂时维持现状，并同意先将商谈结果以公报形式公告中外。
10月10日，国民党代表王世杰、张群、张治中、邵力子和中共代表周恩来、王若飞签订了《政府与中共代表会谈纪要》（又称“双十协定”）。纪要共12条。关于和平建国的基本方针，双方一致认为：中国抗日战争业已胜利结束，和平建国的新阶段即将开始，必须共同努力，以和平、民主、团结、统一为基础，并在蒋主席领导之下，长期合作，坚决避免内战，建设独立、自由和富强的新中国，彻底实行三民主义。双方又认同蒋主席所倡导的政治民主化、军队国家化及党派平等合法，为达到和平建国必由之途径。双方在召开政治协商会议、保证人民自由、承认党派合法、限制特务机关活动、释放政治犯等问题上达成一致意见；在实行地方自治、惩处汉奸、解散伪军、重划受降地区等问题上，政府方面表示实行地方自治不应影响国民大会之召开，惩处汉奸要依法律行之，中共参加受降在其接受中央命令之后自可考虑；关于国民大会问题，双方同意提交政协解决；关于军队国家化问题，中共提出将部队缩编至20个师，自8个地区撤出部队至陇海路北和苏北、皖北，政府方面表示此次商谈各项问题果能全盘解决，则中共军队数目可以考虑，驻地问题可由中共提出方案，双方同意由军令部、军政部及第18集团军各派一人组成三人小组，进行具体商谈；关于解放区地方政府问题，中共先后提出四种方案，政府方面均不同意。对于未解决的问题，双方表示将在互信互让的基础上继续商谈，求得圆满之解决。（1945年10月12日《中央日报》，重庆。）协定签订前后，蒋介石与毛泽东多次相见，表示“国、共非彻底合作不可，否则不仅于国家不利，而且于共党有害”。但蒋介石又要求中共“对国内政策应改变方针，即放弃军队与地盘观念，而在政治与经济上竞争，此为共党今后惟一之出路”；“所谓解放区问题，政府决不能再有迁就，否则不成其为国家之意，坚决表示望其了解”。（《总统蒋公大事长编初稿》卷五（下），845—848页。）可见蒋介石耿耿于怀的仍是如何解决中共的地盘与军队问题。蒋介石还以推心置腹之态对毛泽东说：我们两人能合作，世界就好办；国共两党，不可缺一，党都有缺点，都有专长；我们都是五六十的人了，十年之内总要搞个名堂，否则对不起人民。毛泽东对蒋介石表示赞成军队国家化，军队不为党派服务，党则全力办政治；解放区的努力应该承认，应该帮助。（《胡乔木回忆毛泽东》，442页，北京，人民出版社，1994。）军队和根据地对于中共有着决定性的意义，也是中共和国民党相争的主要依靠，毛泽东当然知道蒋介石的心思，也当然不会为蒋介石的言辞所动。中共中央在就重庆谈判下发给各地的指示中强调：“解放区问题未能在此次谈判中解决，还须经过严重斗争，方可解决。这个极端重要的问题不解决，全部和平建国的局面即不能出现。”“解放区军队一枪一弹均必须保持，这是确定不移的原则。……目前伪军未解散，敌军未缴械，解放区问题未解决，谈不到编整部队问题。即将来实行编整时，我方亦自有办法达到一枪一弹均须保存之目的。”（《中共中央文件选集》第15册，324—325页。）