西安事变后，张学良亲送蒋介石回京而被扣，东北军因而失去统帅。在蒋介石的军事压迫和政治分化下，东北军内部潜在的不稳定因素迅速激化，致使这支军阀集团发生蜕变。
首先，东北军内部派系纷争的表面化。曾任杨虎城秘书的米暂沉认为：“东北军表面上是统一的，实际上内部是不一致的，既有地域的界限，又有新老和学系的派别。自从张学良被扣后，东北军内部群龙无首，平时内部的许多矛盾趋于尖锐而表面化。”此论断可谓切中要害。东北军在奉军时期就有元老派与少壮派、陆大与士官派、东北与外省籍等派系之分，这种派系之分一直延续到东北军时期。西安事变后，这种派系之争突出表现为元老派与少壮派之间的对立。
张学良被扣后，中央军大兵压境，内战一触即发。面对蒋介石的背信弃义，元老派与少壮派都激烈主战，这时双方意见一致。但在张学良致信西安方面主张和平解决后，元老派与少壮派开始出现分歧，以王以哲为首的元老派从维护抗战大局出发主张先撤兵再谋营救张学良，少壮派则仍坚持先释放张学良再考虑从前线撤兵的问题。
1937年1月19日，少壮派向中共代表团提出：只要蒋介石不放张学良，就同南京决一死战，并表示对东北军高级将领主张和平解决十分不满。在元老派方面，他们虽然倾向主和，但亦始终努力争取张学良的自由。
经过几番交涉，蒋介石于1937年1月19日致函杨虎城时明确表示：张学良回陕是“不可能之要求”。同日，张学良在致杨虎城的信中亦明确强调：“关于弟个人出处问题，在陕局未解决前是不便谈起，断不可以为解决当前问题之焦点”。
但直至1月底，西安方面仍然专注于张学良的自由问题。这时张语气更为严厉地表示：“若今日再不接受，而仍以良之问题为先决条件，则爱我即以害我，不但害我，且害我团体，害我国家矣。”
在这种情况下，参与决策的元老派仍然作最后努力，要求给予张学良名义，最终迫使蒋表示：“关于汉卿出处问题，一俟移防完毕后，中(蒋介石自称，蒋名中正笔者注)可保证必为负责请求，使汉卿出而效力国家，至于复权更不成问题”。
但少壮派并不赞同元老派的主和做法，1月29日，东北军40多名高级军官在渭南开会讨论“战和”问题。在少壮派代表应德田的鼓动下，在场的东北军军官形成了以武力争取张学良自由的决议。中共经磋商后亦决定与张杨同进退。但“渭南决议”与元老派的主张完全相反，并且，这时“三位一体”面临的军事形势已极为不利。
于是，在1月31日有杨虎城、周恩来参加的“三位一体”最高军事会议上，东北军元老派王以哲等仍主张和平解决，杨虎城则认为“从道义上讲，应该主战，从利害上讲，应该主和”。于是会议作出“先撤兵再营救张学良”的决定，从而否定了“渭南决议”。这引起了少壮派军官的不满，为了维护他们的主张，他们于2月2日枪杀了王以哲等人，是为“二二事件”。这一事件激起了元老派的复仇情绪。得悉事件后，与王以哲关系密切的缪澄流、刘多荃由渭南前线回师报仇，少壮派被迫离开西安。派系之争的表面化反映了东北军已经公开分裂。
其次，高级将领的离心。东北军是以张学良为核心的封建性浓厚的军阀集团，它延续了奉军时期“兵为将有”的私军特点。在东北军内部，每支军队又以其将领为核心形成小集团，因而在其军队中，将领都有着相当的独立性。这是军阀治军理念向下贯彻过程中的自然延伸，俨然在一支军阀集团中存在着诸多的小军阀。因而高级将领们往往以军队作为自己升迁的工具，而抛弃东北军的整体利益。以一五师为例，时人即认为：“他们主要的思想，就是个人的升官发财，此外部落式的封建思想很浓厚，对于三民主义无认识，对于政治无坚决的主张”。
