西安事变爆发，军政部部长何应钦当即以“文”电告知马步芳：“西宁新二军马军长口密：（一）今晨九时西安东北军叛变，委座被围，行踪未明；（二）该部迅速集结待命，严加警戒防止奸宄，并设法与附近友军取得联络为要。何应钦文酉镇印。”当晚国民政府中央广播电台也发出了中央社紧急电讯。
马步芳对自己的处境十分清楚。张学良、杨虎城手握兵符，号令西北。东北军的第五十一军于学忠部驻防兰州，又兼任甘肃省政府主席，大权在握，咄咄逼人。西北绥靖公署主任朱绍良为了遏制于学忠势力的发展，曾经怂恿马步芳仍旧把持河西及临夏一带地区的地方行政权，以致于学忠对这些地区下达的政令，往往成为一纸空文。这样就加深了张学良对马步芳的疑忌。西安事变发生后，马步芳恃为泰山的朱绍良在西安被扣，又传来了于学忠部在兰州与中央军发生武装冲突的消息，一时风雨满楼，险象环生。马步芳深恐于学忠对他乘机报复，日夜惴惴不安。特别令马步芳进退维谷的是，马部与红军西路军正在生死搏杀，如果于学忠等部此时挥戈西进，与西路军联成一气，自己势必腹背受敌。
西安事变当晚10时许，马步芳在新编第二军司令部紧急召见《青海日报》主编陈秉渊，严肃地指出：西安事变消息不得在《青海日报》上披露，以免军心民心动摇。陈辞出后急赴报社，将业已排就的中央社电讯全文撤掉，改发其他消息。为了尽可能弥补版面出现的空白，还补排了一个特大的木刻。《青海民国日报》也得到国民党青海省党部特派员马绍武的电话通知，封锁了这一重大新闻。青海群众被蒙在鼓里，市面安静，一如往昔。
当天午夜，国民党甘肃省党部执行委员张民权夫妇，由兰州化装逃至西宁，传来消息：兰州东北军已开始军事行动，解除了朱绍良所属部队的武装，扣押了蒋系高级官员，并枪杀了曾任青海南部边区警备司令部办事处处长、时任西北绥靖公署参议杨继高和绥署军需处处长处王式辉等人。兰州局面，一片混乱。张民权还说，东北军已与河西红军接头，前途堪虞。
马步芳以事态骤趋严重，唯恐河西军事发生突变，无以自全。立即密电前方总指挥马元海，告以西安事变消息，除转告马彪、马朴知悉外，严守秘密，慎勿外传。并令严守防地，加强对所属官兵的监督。
马步芳还急电岷县鲁嵩令师长、凉州杨得亮旅长及胡宗南等，要求“随时联络，以防不虞”。
马步芳对于河西战事可能发生的变局，远远超过了对蒋介石生死安危的考虑。可是各方“声讨”张、杨的通电，犹如雪片飞来，马步芳在几经徘徊之后，见形势日益明朗才于15日通电响应。遂由姚钧草拟“删”电，即将拍发时，又接受了马绍武、陈显荣的建议，为表白自己对蒋的竭诚拥护，竟将15日签发的电文日期，提前两天，改为13日发出的“元亥”电。电文中向南京行政院、军事委员会表明：“顷据广播电台电讯，惊悉西安发生事变，张杨劫持委座等语，消息传来，全青震惊。除严令所部一面加紧剿灭河西赤匪，一面防止兰州叛军之扩大，保境安民，敬候佳音外，敬恳详示确情，以便遵循。青海虽处四面敌匪之艰苦环境，芳等只知为党国尽忠，为委座效力，之外，他无所顾。合并呈明，敬请钧鉴。”
在此之前，马步芳和李天民、马绍武、郭学礼、李晓钟、马步青、李乃？、谭克敏、魏敷泽、杨希尧、魏敷滋、姚钧等12人于14日以“寒”电致南京中央党部、国民政府行政院、军事委员会，表示“誓以血忱、在中央统一指挥之下，誓死杀贼，以定人心而奠国基”。15日，马步芳和上述诸人又以代主席、骑兵第五师师长、省党部特派员、省政府委员身份向张学良发出“删”电：“……倘因意见分歧，致坏和平统一之局，实为亲者所痛仇者所快。况全国舆论对公此举均为痛惜，万一残杀之祸见于今日，予敌人以进攻之机会，则国家前途宁堪设想。为今之计，应即幡然悔悟，护送委座入京主持大局。”
上述各电发出后，先后得到国民政府主席林森、行政院代院长孔祥熙、军政部何应钦等人的复电。
张学良复电说明：“蒋夫人及子文、铭三、雨农三兄来陕，迭与商谈，已有解决办法，日内即可揭开。目前前方军事已令停止待命，政局前途，大见转机。嗣此集全国力量以御外侮，未始非复兴之机也。”马步芳却迫不及待地又于15日和前述诸人发出请缨讨伐张、杨的通电。
直至此时，马步芳才令《青海日报》刊发有关电讯，公布西安事变消息。
马步芳自知不是蒋介石的嫡系，又不甘心依附张学良和杨虎城，遂全力控制河西军事，以随机应变，力求维持自己割据一方的独霸局面。他一面电令马元海加紧对西路军“围剿”，一面电令属甘肃省政府主席于学忠委派的河西所有专员、县长、局长及部长、科长，以及凡与东北军有明显关系者，一律以“清共”名义捕杀。
于学忠所派酒泉保安副司令徐启文等四人，被杀害于酒泉城东北角城墙上，弃尸城壕。临泽县长樊万龄、张掖县公安局长范时中等遭捕杀。临夏区行政督察专员、于学忠部王玉科被迫秘密离去。马步芳还欲逮捕张学良派驻西宁的“西北剿匪总司令部”驻青代表魏敷濂，因其是幕僚魏敷泽的四胞弟，令其夤夜离青返陕。西宁新闻检查所代主任刘天鸣，原系张学良所派，亦因风云突变被迫匆忙离青。
12月25日，蒋介石被释放。何应钦当日即以“有”电告知马步芳。马步芳于26日以“宥”电复何应钦，以“全省悬旗三日”来表示对国民政府“欢跃欲狂”之情。28日又以“俭”电致蒋介石表示：“惟杀贼致果，或可以竭忠诚。”
1937年1月17日，西路军曾致函马元海，以西安事变既已和平解决，河西军事亦应罢手言和，停止内战，一致对外。但马步芳以为“此股匪消灭与否关系大局者至大且巨，是以严词拒绝，不为软化，诚恐有影响剿匪整个计划，仍行继续进攻，以期聚歼。”2月1日，西路军再次致函马元海：本党已与中国国民党三中全会去电谓“西安问题和平解决，全国庆幸，苏维埃政府改名为中华民国特区政府，红军改名为国民革命军，直接受南京中央政府与军事委员会之指挥，派代表与贵军商洽一切。”而马步芳则认为西路军已山穷水尽，此属缓兵之计，再次拒绝接受与红军合作共同抗日的主张，继续严令马元海所部围剿西路军。
西安事变，马步青也很受震惊。他认为如果蒋介石生命有了问题，自己的处境即感狼狈；如果响应张、杨主张，河西走廊眼看要受红军威胁。马步青踌躇难决，电示青海马步芳商量办法。马步芳复电主张营救蒋介石，反对张、杨八项主张。马步青随即复电张、杨表明态度。
何应钦在南京以中央名义致电马步青，命令将武威所属各县的行政机关和税收机关等完全归由驻军控制，并嘱星夜派员接管。马接电后当即派军佐人员和亲信家族等，分别到各县接替，勒令原任的专员、县长、局长回兰。武威专员李学谟与武威县长杨玉清，虽系于学忠所派，但由于与马步青的关系较好，因此未受虐待，由马派汽车送回兰州。
“二马”乘此机会，派遣了不少专员、县长、局长等作为亲信。蒋介石被释回到南京。新任甘肃省主席贺耀祖到兰，贺对“二马”所派人员，不论专员、县长或局长，只是以省府名义予以追认，分别加委而已。