潘汉年接受任务后，同国民政府驻苏大使馆武官邓文仪进行了初步接触，邓文仪还向潘汉年交待了回国后找陈果夫联系的具体办法。临行前，潘汉年又听取了共产国际的苏共代表团负责人曼努伊斯基等人对中国共产党抗日民族统一战线方针的意见。
1936年4月，潘汉年和胡愈之离开莫斯科，于5月初到达香港。随后，潘汉年立即派胡愈之到上海去找地下党联系，了解党中央的情况。同时，他又按照邓文仪说的联络方法写信给陈果夫，要他马上派人到香港商量国共谈判的具体事宜。
5月下旬，胡愈之到上海后，通过沈钧儒和茅盾等，找到了党中央先期派到上海工作的冯雪峰。在香港期间，潘汉年和胡愈之着手宣传共产国际七大的精神，开展党的统战工作。他们帮助邹韬奋创办《生活日报》。潘汉年根据共产国际七大精神和国际国内政治形势的发展，要求报纸的宣传应由反蒋抗日向逼蒋抗日转变。后来邹韬奋创办的《生活日报》贯彻了这一精神。这是潘汉年和胡愈之从莫斯科回国后，执行党的抗日民族统一战线政策，促进国共合作的最初行动。
他们做的另一项重要工作，是帮助救国会起草了一份在全国有较大政治影响的文件。1936年5月31日，全国各界救国联合会在上海成立。潘汉年特地找到在香港的救国会领导成员邹韬奋、陶行知，在胡愈之的帮助下起草了一个《告全国同胞书》。修改后由邹韬奋亲自去上海，以邹韬奋、陶行知、沈钧儒、章乃器4人联合署名，于1936年7月15日发表。8月10日，毛泽东给沈钧儒等4人写信，表示“这些文件引起了我们极大的同情和满意”，并且声明，“我们同意你们的宣言纲领和要求，诚恳的愿意与你们合作，与一切愿意参加这一斗争的政派的组织或个人合作，……来共同进行抗日救国的斗争”。
此外，潘汉年在香港还和国民党地方实力派的上层人士进行了广泛接触。会见了原十九路军将领李济深、陈铭枢和桂系领导人李宗仁等。他还会见了过去在党的情报系统工作的同志和旧友，如梅龚彬、柯麟、叶挺等，并向他们宣传了共产国际七大的基本精神。
同时，潘汉年会见了从南京赶到香港的国民党中央组织部副部长张冲，旋即赶赴南京，与陈果失、曾养甫等会面接洽。
8月初，潘汉年通过刘鼎安排，经党内秘密交通线去陕北。8月8日，到达陕北。他立即向党中央汇报了中共驻共产国际代表团的意见和自己回国的任务，以及他在莫斯科、香港和南京同国民党方面协商的情况，为党中央进一步制订逼蒋抗日方针政策提供了重要依据。随后，他立即赶赴安塞地区，与叶剑英见面，帮助开展对东北军的统战工作。在此期间，潘汉年又同张学良会晤，并向党中央汇报了会谈情况。
8月12日，中共中央政治局扩大会议，讨论对国民党的方针问题。会议决定，把国民党作为统一战线工作的主要对象，并委派潘汉年担任与国民党进行谈判的联络代表。
9月24日，潘汉年携带《中国共产党致中国国民党书》和周恩来致陈果夫、陈立夫的信，与叶剑英一起离开陕北到西安。
在西安，叶剑英、潘汉年向张学良通报了中国共产党同南京谈判的方针，并同张商讨了逼蒋抗日等问题。随后，潘赶到上海。经张冲安排，于11月10日，在上海沧州饭店与国民党代表陈立夫谈判。在谈判过程中，潘汉年严正批驳了陈立夫代表国民党提出的关于实现国共合作的苛刻要求，执行党中央的谈判方针，维护了党和红军的利益。
1936年12月12日，“西安事变”爆发。潘汉年根据中共中央提出的方针，与宋庆龄一起促成宋子文、宋美龄去西安谈判，并把中央和平解决“西安事变”的方针告知陈立夫。“西安事变”和平解决以后，潘汉年又按照党中央指示，就撤兵释张、实现西安协议、争取红军给养、释放政治犯等问题同陈立夫、宋子文多次洽谈。1937年3月，潘汉年陪同周恩来等去杭州，参与周恩来同蒋介石的谈判。
1937年春，王稼祥由贺诚陪同，从陕北到上海乘船去苏联治伤并向共产国际汇报中国共产党的有关情况。接到党中央的指示后，潘汉年和冯雪峰做了认真的接待准备，尤其是保密、保卫工作，并和他们讨论了如何妥善处理从狱中传出的方志敏《清贫》和《可爱的中国》手稿问题，潘汉年还亲自将这两份手稿一页一页拍摄下来，使这些珍贵的作品一直保存到全国解放并公开出版。
同年7月上旬，周恩来等去江西庐山与国民党蒋介石进行谈判。途经上海时，两次接见潘汉年与刘晓，就上海党的工作作了重要指示。潘汉年、刘晓还陪同周恩来会见了夏衍以及上海文化界、救国会的党内外人士。
1937年8月下旬，中国工农红军改编为国民革命军第十八集团军(后改称八路军)，原红军驻上海办事处改为八路军驻上海办事处(简称“八办”)，公开对外开展活动。李克农为驻上海办事处主任，潘汉年继任。
八路军驻上海办事处的主要任务，是开展上层统战工作。潘汉年与宋庆龄、何香凝、沈钧儒、章乃器、邹韬奋、陶行知、马相伯、史良、沙千里等爱国民主人士经常交换意见，及时向他们通报中国共产党的方针政策，争取他们的支持和帮助，共同推动抗日救亡运动的深入发展，和他们建立起心心相印的关系。
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