西安事變後，張學良親送蔣介石回京而被扣，東北軍因而失去統帥。在蔣介石的軍事壓迫和政治分化下，東北軍內部潛在的不穩定因素迅速激化，致使這支軍閥集團發生蜕變。
首先，東北軍內部派系紛爭的表面化。曾任楊虎城祕書的米暫沉認為：“東北軍表面上是統一的，實際上內部是不一致的，既有地域的界限，又有新老和學系的派別。自從張學良被扣後，東北軍內部羣龍無首，平時內部的許多矛盾趨於尖鋭而表面化。”此論斷可謂切中要害。東北軍在奉軍時期就有元老派與少壯派、陸大與士官派、東北與外省籍等派系之分，這種派系之分一直延續到東北軍時期。西安事變後，這種派系之爭突出表現為元老派與少壯派之間的對立。
張學良被扣後，中央軍大兵壓境，內戰一觸即發。面對蔣介石的背信棄義，元老派與少壯派都激烈主戰，這時雙方意見一致。但在張學良致信西安方面主張和平解決後，元老派與少壯派開始出現分歧，以王以哲為首的元老派從維護抗戰大局出發主張先撤兵再謀營救張學良，少壯派則仍堅持先釋放張學良再考慮從前線撤兵的問題。
1937年1月19日，少壯派向中共代表團提出：只要蔣介石不放張學良，就同南京決一死戰，並表示對東北軍高級將領主張和平解決十分不滿。在元老派方面，他們雖然傾向主和，但亦始終努力爭取張學良的自由。
經過幾番交涉，蔣介石於1937年1月19日致函楊虎城時明確表示：張學良回陝是“不可能之要求”。同日，張學良在致楊虎城的信中亦明確強調：“關於弟個人出處問題，在陝局未解決前是不便談起，斷不可以為解決當前問題之焦點”。
但直至1月底，西安方面仍然專注於張學良的自由問題。這時張語氣更為嚴厲地表示：“若今日再不接受，而仍以良之問題為先決條件，則愛我即以害我，不但害我，且害我團體，害我國家矣。”
在這種情況下，參與決策的元老派仍然作最後努力，要求給予張學良名義，最終迫使蔣表示：“關於漢卿出處問題，一俟移防完畢後，中(蔣介石自稱，蔣名中正筆者注)可保證必為負責請求，使漢卿出而效力國家，至於復權更不成問題”。
但少壯派並不贊同元老派的主和做法，1月29日，東北軍40多名高級軍官在渭南開會討論“戰和”問題。在少壯派代表應德田的鼓動下，在場的東北軍軍官形成了以武力爭取張學良自由的決議。中共經磋商後亦決定與張楊同進退。但“渭南決議”與元老派的主張完全相反，並且，這時“三位一體”面臨的軍事形勢已極為不利。
於是，在1月31日有楊虎城、周恩來參加的“三位一體”最高軍事會議上，東北軍元老派王以哲等仍主張和平解決，楊虎城則認為“從道義上講，應該主戰，從利害上講，應該主和”。於是會議作出“先撤兵再營救張學良”的決定，從而否定了“渭南決議”。這引起了少壯派軍官的不滿，為了維護他們的主張，他們於2月2日槍殺了王以哲等人，是為“二二事件”。這一事件激起了元老派的復仇情緒。得悉事件後，與王以哲關係密切的繆澄流、劉多荃由渭南前線回師報仇，少壯派被迫離開西安。派系之爭的表面化反映了東北軍已經公開分裂。
其次，高級將領的離心。東北軍是以張學良為核心的封建性濃厚的軍閥集團，它延續了奉軍時期“兵為將有”的私軍特點。在東北軍內部，每支軍隊又以其將領為核心形成小集團，因而在其軍隊中，將領都有着相當的獨立性。這是軍閥治軍理念向下貫徹過程中的自然延伸，儼然在一支軍閥集團中存在着諸多的小軍閥。因而高級將領們往往以軍隊作為自己升遷的工具，而拋棄東北軍的整體利益。以一五師為例，時人即認為：“他們主要的思想，就是個人的升官發財，此外部落式的封建思想很濃厚，對於三民主義無認識，對於政治無堅決的主張”。
