武志平在这里先后见到傅钟、张琴秋、郑义斋、曾中生、陈昌浩、张国焘。为避免两线作战，红四方面军于1933年4月中旬公布了中华苏维埃共和国和中国工农红军总司令部于1月17日发表的“一·一七宣言”，即在停止进攻红军、保障人民民主权利、武装民众三个条件之下，红军愿意和国民党的任何军队签订停战协定，以反抗日本帝国主义的侵略。其目的就是希望以此分化瓦解敌人，缓和严峻的形势。现在，武志平的突然到来使正在与四川军阀艰苦作战的红四方面军总部领导人喜出望外。之前与张晗辉的联系中断，至为可惜，现在三十八军主动来联系，不论是于战略上还是于整个川陕苏区建设都是有利的。杨虎城部位于苏区后方，控制着五百多公里的防线，和他们打通关系，可以解除后顾之忧，同时还能打破敌人的物资封锁，总部领导决定与三十八军建立联系。
张国焘对这件事情很重视，直接过问两军和谈事宜。武志平担心张国焘对杨虎城提出苛刻条件，在张国焘为他接风洗尘的宴会上亮出了这次和谈的底线：“陕军有很浓的地方色彩，内部也很复杂，既有迷恋家私的高官，又有忠于蒋介石的特务。杨虎城出身贫苦，且有爱国思想，与蒋介石有矛盾，但在现实条件下，他联共反蒋只能是秘密的。望红军心中有数，不要公开张扬。”
武志平回忆：
我向总部保证，我将及时地从陕西方面向红四军提供各方面可靠的军事情报，并建议在川陕苏区北伐接近陕南地区，只需配备少量部队就可以保证安全，尽量将主力部队集中使用于粉碎主要敌人方面去。总部还提出需要无线电器材、医药医疗器械以及其他的供给问题。我保证一定完成这些任务。
陈昌浩派总部参谋主任徐以新到汉中代表红四方面军与孙蔚如谈判，谈判方针为：（一）了解对方意图；（二）了解十七路军内部情况；（三）尽可能在杨虎城、孙蔚如部找到可以争取的人。
5月27日，武志平和徐以新从苦草坝出发，31日到达汉中，当天，孙蔚如给西安的杨虎城密电：“门敲开，如何待客？”
杨虎城回电：“举酒杯。”
1933年6月1日上午，在三十八军参议王宗山家中双方正式会谈。参加者只有孙蔚如、王宗山、武志平、徐以新四人。
谈判一共进行了四次，其中，孙蔚如参加了两次。孙蔚如一开始也想摸清红四方面军的底：你们红军到四川来是干什么？是长驻还是路过？如果长驻，是否能站得住？
徐以新向他解释了红军的政策，以红军在空山坝大捷消灭川军几十个团的事实让孙蔚如了解到了红军的实力，向孙蔚如介绍了苏维埃中央政府和中央军委的“一·一七宣言”的内容。徐以新强调：“胡宗南从鄂豫皖起一直跟在我们屁股后面，现在他来进攻，我们坚决要打。你们能配合当然很好；不配合，让路也可；不配合不让路只要不帮胡也可。只要你们遵守宣言提出的三项条件，我们愿意与你们保持友好关系，双方以巴山为界，你们不过来，我们也不过去，互不侵犯。”
孙蔚如对红军的实力表示相信，对徐以新的表态也很满意。他提出：
一是希望红四方面军放弃川陕根据地向甘肃方向发展。红军西进甘肃时，孙的三十八军佯装追赶，在后作掩护，同时接济适量的弹药。
二是红军如果仍然在川陕地区不动，希望不要向陕西发展，双方互不侵犯。
徐以新对孙蔚如能够站在国家民族立场，不为蒋介石火中取栗表示赞赏，对于孙的具体意见，表示将回去向方面军首长汇报后才能定。
6月5日，徐以新返回川陕苏区，武志平陪同前往。第一次到川陕苏区时，孙蔚如曾答应武志平，为了表示诚意，给红四方面军送些礼物，主要是川陕军用地图和药品。但这次他却变了卦，只同意给川北部分的地图和价值一千七百元的药品以及手摇发电机上的火花塞、活塞环各两个，还声明仅此一次下不为例。为此，武志平与徐以新又自行购置了相当数量的药品。
徐以新回到总部后，总部立即召开会议，听取徐以新的汇报。总部领导决定，应立即将与杨虎城的关系确定下来，双方订立互不侵犯协定。同时在汉中建立交通站。
6月24日，徐以新带着总部领导的意见，再次和武志平来到汉中与孙蔚如谈判。双方对国内形势达成一致看法，具体商定：
（一）以大巴山为界，只要孙部不进攻苏区，红军保证不进攻陕西。孙蔚如保证不打苏区，如红军去打胡宗南，孙部愿意给红军补充一些弹药。
（二）陕军前沿阵地设联络站，武志平代表陕军处理边界事务。
（三）红军可以以隐蔽的方式去汉中采购部分日用品。
（四）陕军馈赠部分药品和军用地图，以表诚意。
双方能够达成这样一个共识，将大大减轻红军的压力，有利于川陕苏区的建设和红军的发展。杨虎城对此协定也较为满意。杨虎城和孙蔚如对武志平的表现很满意，为了绝对保密，他们指定这项工作由武志平负责。由于杨虎城十七路军成分复杂，此事必须严守机密，否则蒋介石将会给他施加难以承受的巨大压力，同时他也会受到一些亲蒋部下的反对。因此，双方商定，秘密协定不能见诸文字，只能双方口头认可。
7月1日，武志平、徐以新携带部分物资第二次前往川陕苏区。这一次，武志平从国民党的情报中了解到红军有向西北发展的意图，他曾经到西北作过考察，为此，他专门给红四方面军首长写了一份长达三万多字的报告《塞上征鸿记》，内容为西北地区（宁、青、甘）敌人的武装力量，如青海的马步芳，河西走廊的马步青，宁夏的马鸿逵，甘肃的鲁大昌、石秀英、李贵清等部的分布、装备、战斗力等情况以及西北的地理、地形、气候环境等内容。令他感到遗憾的是，红军西路军失败了，他为此在延安专门责问张国焘：“当年我给你们写的材料你们看了吗？你们为什么不听取我的建议呢？”
通过武志平等人的努力，红四方面军陆续建立了从根据地到陕西汉中的几条地下交通线。
中线：汉中—麻桑坝—天池寺—凉水井—碑坝；
西线：麻桑坝—八海坪—西河口—碑坝；
东线：汉中—城固—西乡—镇巴—鱼渡坝或黎坝。
通过这些交通线，红四方面军得到了部分急需的医药、无线电备件等物资，为中共地下党员过境及情报的传递起了重要作用，帮助红军有效地粉碎了蒋介石的“围剿”。 徐以新回忆：
我第二次返回总部后，军委再次召开会议，听取汇报。我把订立互不侵犯协定的内容及具体建立交通线的情况向与会同志作了介绍。军委认为今后应利用这条线加强对外往来，搞物资进来，亦应通过孙蔚如的关系，交换情报，以便掌握敌情。当时确定我们后勤部门的同志，直接与武志平联系，确保这条线路的畅通。……潘自力等同志都是通过这条线进来的。
由于敌人的封锁，苏区最大的问题是信息不通，那时能够找到一些报刊哪怕是过时的报刊都是宝贝，总部领导向武志平提出，希望他能经常送一些全国各地的报刊给苏区，武志平将这一情况报告宋绮云，宋绮云立即将全国各地交换来的报刊源源不断地送到汉中交给武志平，武志平再通过地下交通员送往苏区。
“巴山秘密协定”生效后不久，形势又有变化，蒋介石一面支持刘湘组织“六路围攻”，一面逼迫杨虎城在川陕边界配合围攻川陕根据地。孙蔚如迫于压力，他想让红军尽快西进以减少自己的麻烦，于是让王宗山代笔写了一封密信：
志平仁兄勋鉴：
来函敬悉。某方若就地不动，我们与之互不侵犯，某方若决定西行，我们可作进一步之合作，但未决定行期前似不必见面。东屏（按：即杨虎城）意志如此，着弟转达，并请兄就近切实负责联络。东屏为人绝不虚伪，望转告某方诸同志勿过虑为祷！
知名不具
此时红军并无西进之意，孙蔚如担心事有不密，便想与红军保持一定距离，他密令前沿部队毁掉了几座通向根据地路上的小桥。武志平立刻将此动向密报杜斌丞，希望影响杨虎城，维持来之不易的“巴山秘密协定”。杜斌丞深感事关重大，立即与杨虎城商谈，杨虎城派杜斌丞去汉中见孙蔚如，让他妥善处理川陕边界的纠纷。杜斌丞在汉中住了三个多月，积极做孙蔚如的工作，稳定了他的情绪。谁知就在杜斌丞离开西安期间，蒋介石突然撤了杨虎城的陕西省政府主席职务，由邵力子担任，同时派胡宗南一部进驻汉中地区，给杨虎城施加压力。此时正逢蔡廷锴、李济深等发动的“福建事件”失败，蒋介石气焰高涨，催促地方军阀加紧“剿共”。压力面前，孙蔚如再次动摇起来，他希望红军离开川陕向西去打胡宗南，以改善自己受压的处境，于是专门写信让武志平去面见“西光兄”（暗指张国焘）“一谈究竟”。
武志平借这次去红军充当“说客”之机，将陕军情况向张国焘、陈昌浩等人作了详尽报告。并建议红军应以庆祝元旦为名，派使去汉中巩固友谊，以稳住孙蔚如。武志平的建议被采纳。张国焘派西北军委秘书长黄超随武志平到汉中，并赠给孙蔚如、王宗山每人十斤通江银耳。