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潘漢年接受任務後，同國民政府駐蘇大使館武官鄧文儀進行了初步接觸，鄧文儀還向潘漢年交待了回國後找陳果夫聯繫的具體辦法。臨行前，潘漢年又聽取了共產國際的蘇共代表團負責人曼努伊斯基等人對中國共產黨抗日民族統一戰線方針的意見。
1936年4月，潘漢年和胡愈之離開莫斯科，於5月初到達香港。隨後，潘漢年立即派胡愈之到上海去找地下黨聯繫，了解黨中央的情況。同時，他又按照鄧文儀說的聯絡方法寫信給陳果夫，要他馬上派人到香港商量國共談判的具體事宜。
5月下旬，胡愈之到上海後，通過沈鈞儒和茅盾等，找到了黨中央先期派到上海工作的馮雪峰。在香港期間，潘漢年和胡愈之著手宣傳共產國際七大的精神，開展黨的統戰工作。他們幫助鄒韜奮創辦《生活日報》。潘漢年根據共產國際七大精神和國際國內政治形勢的發展，要求報紙的宣傳應由反蔣抗日向逼蔣抗日轉變。後來鄒韜奮創辦的《生活日報》貫徹了這一精神。這是潘漢年和胡愈之從莫斯科回國後，執行黨的抗日民族統一戰線政策，促進國共合作的最初行動。
他們做的另一項重要工作，是幫助救國會起草了一份在全國有較大政治影響的文件。1936年5月31日，全國各界救國聯合會在上海成立。潘漢年特地找到在香港的救國會領導成員鄒韜奮、陶行知，在胡愈之的幫助下起草了一個《告全國同胞書》。修改後由鄒韜奮親自去上海，以鄒韜奮、陶行知、沈鈞儒、章乃器4人聯合署名，於1936年7月15日發表。8月10日，毛澤東給沈鈞儒等4人寫信，表示“這些文件引起了我們極大的同情和滿意”，並且聲明，“我們同意你們的宣言綱領和要求，誠懇的願意與你們合作，與一切願意參加這一鬥爭的政派的組織或個人合作，……來共同進行抗日救國的鬥爭”。
此外，潘漢年在香港還和國民黨地方實力派的上層人士進行了廣泛接觸。會見了原十九路軍將領李濟深、陳銘樞和桂系領導人李宗仁等。他還會見了過去在黨的情報系統工作的同志和舊友，如梅龔彬、柯麟、葉挺等，並向他們宣傳了共產國際七大的基本精神。
同時，潘漢年會見了從南京趕到香港的國民黨中央組織部副部長張沖，旋即趕赴南京，與陳果失、曾養甫等會面接洽。
8月初，潘漢年通過劉鼎安排，經黨內秘密交通線去陝北。8月8日，到達陝北。他立即向黨中央匯報了中共駐共產國際代表團的意見和自己回國的任務，以及他在莫斯科、香港和南京同國民黨方面協商的情況，為黨中央進一步制訂逼蔣抗日方針政策提供了重要依據。隨後，他立即趕赴安塞地區，與葉劍英見面，幫助開展對東北軍的統戰工作。在此期間，潘漢年又同張學良會晤，並向黨中央匯報了會談情況。
8月12日，中共中央政治局擴大會議，討論對國民黨的方針問題。會議決定，把國民黨作為統一戰線工作的主要對象，並委派潘漢年擔任與國民党進行談判的聯絡代表。
9月24日，潘漢年攜帶《中國共產黨致中國國民黨書》和周恩來致陳果夫、陳立夫的信，與葉劍英一起離開陝北到西安。
在西安，葉劍英、潘漢年向張學良通報了中國共產黨同南京談判的方針，並同張商討了逼蔣抗日等問題。隨後，潘趕到上海。經張沖安排，於11月10日，在上海滄州飯店與國民黨代表陳立夫談判。在談判過程中，潘漢年嚴正批駁了陳立夫代表國民黨提出的關於實現國共合作的苛刻要求，執行黨中央的談判方針，維護了黨和紅軍的利益。
1936年12月12日，“西安事變”爆發。潘漢年根據中共中央提出的方針，與宋慶齡一起促成宋子文、宋美齡去西安談判，並把中央和平解決“西安事變”的方針告知陳立夫。“西安事變”和平解決以後，潘漢年又按照黨中央指示，就撤兵釋張、實現西安協議、爭取紅軍給養、釋放政治犯等問題同陳立夫、宋子文多次洽談。1937年3月，潘漢年陪同周恩來等去杭州，參與周恩來同蔣介石的談判。
1937年春，王稼祥由賀誠陪同，從陝北到上海乘船去蘇聯治傷並向共產國際匯報中國共產黨的有關情況。接到黨中央的指示後，潘漢年和馮雪峰做了認真的接待準備，尤其是保密、保衛工作，並和他們討論了如何妥善處理從獄中傳出的方志敏《清貧》和《可愛的中國》手稿問題，潘漢年還親自將這兩份手稿一頁一頁拍攝下來，使這些珍貴的作品一直保存到全國解放並公開出版。
同年7月上旬，周恩來等去江西廬山與國民黨蔣介石進行談判。途經上海時，兩次接見潘漢年與劉曉，就上海黨的工作作了重要指示。潘漢年、劉曉還陪同周恩來會見了夏衍以及上海文化界、救國會的黨內外人士。
1937年8月下旬，中國工農紅軍改編為國民革命軍第十八集團軍(後改稱八路軍)，原紅軍駐上海辦事處改為八路軍駐上海辦事處(簡稱“八辦”)，公開對外開展活動。李克農為駐上海辦事處主任，潘漢年繼任。
八路軍駐上海辦事處的主要任務，是開展上層統戰工作。潘漢年與宋慶齡、何香凝、沈鈞儒、章乃器、鄒韜奮、陶行知、馬相伯、史良、沙千里等愛國民主人士經常交換意見，及時向他們通報中國共產黨的方針政策，爭取他們的支持和幫助，共同推動抗日救亡運動的深入發展，和他們建立起心心相印的關係。