三月三日，张学良飞回西安，四日飞抵洛川与李克农会谈。张学良除同意双方已达成的局部停战协定外，并望与毛泽东或周恩来会晤。三月十六日，中共中央在山西石楼召开会议，听取了李克农的汇报，决定派周恩来、李克农为全权代表赴肤施(今延安)和张学良会晤。四月九日，周恩来与张学良在延安城内的一座教堂里举行了友好会谈，达成了红军与东北军互不侵犯、互相帮助、互派代表，红军帮助东北军进行抗日教育等项协议，并建立了电台联系。此次会谈，对张学良走上联共抗日道路具有决定意义，为红军与东北军建立友好关系奠定了基础。
此后，红军与东北军之间的友好关系，继续发展，进一步加强。高福源就留在张学良处继续做与红军的联络工作。在张学良的支持下，高福源经常向东北军官兵宣传抗日救国的道理，讲苏区人民的自由生活、官兵平等及优待俘虏等政策，逐步使东北军广大官兵都愿为联共抗日而出力。高福源身材高大，一口道地的东北话，口齿清晰，语言流利，讲得慷慨动人，有感染力。不少人被激动得流下眼泪。他讲演时的生动情景，至今使人记忆犹新。他说，红军是真正的抗日队伍。我们对红军作战，就等于对家乡父老的背叛，是民族的罪人。人们深为高福源的讲话所感动，为红军的爱国主张所振奋。
西安事变发生后第二天，张学良派高福源赴开封面见河南省主席商震和绥靖主任刘峙，陈述西安事变的原因与目的。向他们宣传张学良决心结束内战，拥护蒋委员长一致抗日的主张。这是一项政治、军事兼而有之的“外交”活动，为东北军赢得了时间，从而迅速集结于渭南前线，击溃了蒋军桂永清部的进攻。
西安事变和平解决，张学良送蒋被扣，东北军群龙无首，在如何援救张学良将军这一至关重要的问题上，内部意见分歧，矛盾激化。一九三七年二月二日，不顾大局的少数盲动分子，感情用事，一意孤行，将有功于联共抗日的王以哲将军杀害。高福源是东北军中尽人皆知的进步分子，一直受到张学良、王以哲的信任和重用。西安事变前夕，被派到一○五师任少将旅长。因此，遭到该师师长刘多荃等保守分子的嫉恨。高福源坚决拥护共产党和平解决西安事变的方针，对王以哲将军又特别敬重，对杀害王以哲的盲动行为极为愤慨，并于事件发生后，为缓和已被激化了的矛盾，控制事态发展，他不顾个人安危，拟亲赴前线向刘多荃说明原委，同舟共济，以挽危局。不料刘多荃已回师西安，借机令高福源的部下、二团团长葛宴春于二月四日，在西安将高福源诱杀，铸成千古奇冤。其尸体在中共地下党的协助下，由高福源的家属和堂弟高福洪偷运出来，掩埋在西安东城门外的城墙脚下。一九八一年才将遗骨找出，当地人民政府举行了隆重的骨灰安葬仪式。骨灰盒和遗像安放在西安烈士陵园。中华人民共和国民政部向高福源的遗属颁发了烈士证书。
高福源之所以能由一位曾参与“剿共”的旧军人，很快转变成为一名为中华民族的解放事业而奋勇捐躯的战士和中共党员，除了受共产党抗日民族统一战线政策的感召和耐心教育外，主要决定于他自身的内在因素。他有强烈的抗日要求，有追求真理的远大志向。在“九一八”事变发生后，就曾与黄显声商谈抗日大计。他认为，不能坐视寇深祸急，拱手把大好河山让与他人，愿率一旅之师，以必死的决心直捣山海关，打回老家去。若能唤起国人抗战，虽死不悔。高福源为人豁达爽直，嫉恶如仇，即是顶头上司甚至东北军统帅张学良，他也敢直言铮谏。为了抗日，他敢冒杀头危险返回东北军，说服张学良放弃“剿共”内战，联合红军共同抗日。他治军严格，训练中常以岳飞、文天祥这些民族英雄为楷模教育官兵。下级违法，既不宽恕，又善教育，受到官兵拥戴。他勤于写作，任团长时，所需军事教材，如《步枪射击操典教范》、《历史上的军事故事》等，都亲自编纂。自苏区返回东北军后，更是如饥似渴地学习哲学、政治和历史。清理他的遗物时，保留的书籍中就有《大众哲学》、《世界殖民地独立运动》和《第一国际与第二国际》等进步书刊。正因为他在自己的戎马生涯中，勤于学习，立足实践，追求真理，弃旧图新，才逐步由爱国主义者转变为共产主义者。