1936年12月29日，蒋介石下令会审张学良，任命李烈钧为审判长。李烈钧被任命的当天就被召去开会，会议由冯玉祥主持。 李烈钧和朱培德、鹿钟麟是列席的，冯玉祥说：“西安事变，全国震惊，现张学良已送蒋委员长回京，经决定组织高等军法会审，审判张学良。审判长（李烈钧）已经定了，审判官的人选亦应从速决定，请大家提名。” 何应钦接着说：“审判官的人选，应尊重审判长的意见，最好请审判长提名。” 李烈钧心想：“朱培德曾经是云南讲武堂的高材生，蒋介石、何应钦对他都很信任；鹿钟麟与冯玉祥久经患难，现他们二人都列席参加这次会议，如果我提他们二人的名，冯、何一定会同意的”。于是李烈钧便起立提名朱培德与鹿钟麟二人为审判官。 冯玉祥要李烈钧另外提名。李烈钧说：“此案关系重大，应使天下人共见之，必须有北方的贤达参与审判，乃有价值。”经李烈钧解释以后，冯玉祥便宣布决定任命朱培德与鹿钟麟为审判官。 散会以后，李烈钧邀请著名法学家徐元浩到家中，对张学良案作初步研讨。次日，李烈钧又邀请了徐元浩以及法学家20余人到家里会餐并商讨此案。 徐元浩首先发表意见，说：“此案关系重大，应请审判长从严议处，以申法纪。” 在座的人都赞同徐元浩的意见。大家你一句，我一句，不知不觉已到下半夜两点钟了。李烈钧准备了酒食招待来宾。 之后，李烈钧向国民政府及军委会要求暂调军法官与书记官各二人参加高等军法会审。当天，陈恩普等四人奉命来向李烈钧报到。李烈钧把他们在这次军法会审中所负的职责交代了一番。又将审讯张学良时准备提问的问题，给他们传阅。他们都表示遵照办理。 李烈钧被特任为高等军法会审审判长审判张学良的消息，京沪各大报纸均予披露。很多要人都来找他，询问处理此案的意见。其中以宋子文最为关心。 一切准备妥当后，李烈钧去见蒋介石。蒋让座后，说：“审判长对此案将如何处理？” 李烈钧回答说：“张学良事后能亲送委员长回京。愿委员长宽大为怀，赦免对他的处分而释放他。我国历史上有两个人，一个是齐桓公，他不追究管仲对他曾有射钩之仇，却拜管仲为相。另一个是晋文公，寺人披几次要谋害他都未得逞。后来有人要谋害晋文公，寺人披闻知赶到晋文公处告发。晋文公先不见他，经寺人披说明来意后，晋文公宽恕他，并接见他。晋文公终于免受一次暗害。这两桩历史事件可否作为本案的参考，请委员长核示。” 听了李烈钧的话，蒋介石未置可否，两人也就没有再继续说下去，李烈钧遂告辞。 12月31日，正式开庭，根据李烈钧事后回忆，他和张学良的主要对话如下： 李烈钧问张学良：“你知道犯什么罪吗？” 张学良回答：“我不知道。” 李烈钧继续发问，张学良态度从容，答话直率，毫无顾忌。 李烈钧接着问：“我们准备了一份向你提问的问题，要你逐条回答。你愿先看看这些问题吗？” 张学良回答：“很好，请给我看看。” 李烈钧等张学良看完问题后，问道：“你是受人指使呢？还是你自己策划的呢？” 张学良回答：“我自己的主意。一人做事一人当，我所做的事，我自当之。我岂是任何人所能指使的吗？” 张学良侃侃而谈，接着问李烈钧：“我有一句话，请教审判长，可以吗？” 李烈钧说：“当然可以。” 张学良说：“民国二年（1913年），审判长在江西起义讨伐袁世凯，有这回事吗？” 李烈钧说：“是的。”（1913年7月湖口成立讨袁司令部，李烈钧就任总司令） 张学良说：“我在西安的行动，和审判长一样，为的是……” 没等张学良讲完，李烈钧斥责说：“胡说！那袁世凯怎能与蒋委员长相提并论？” 审判官朱培德、鹿钟麟见李烈钧越说越火，连忙劝他稍休息一下。休息片刻后，李烈钧复回法庭，继续审讯，他劝告张学良：“你在西安做的事，应据实供出，否则对你不利。” 鹿钟麟也对张学良说：“审判长待人诚恳宽厚，汉卿幸勿失此良机。” 张学良依然是坦然面对，一副一人做事一人当的姿态，于是审判便告结束。 高等军法会审对张学良的判决是“处以10年有期徒刑”，但是蒋介石随即就为张学良提请特赦。1937年1月4日上午，林森主持召开国民政府委员会，出席的有：王伯群、邓家彦、马超俊、李文范、经亨颐、陈立夫、叶楚伧、宋子文、李烈钧、张继、冯玉祥等人；列席的有：居正、戴传贤、魏怀、吕超等人。 林森将蒋介石为张学良请求特赦的呈文连同司法院的核议，提出做了说明，之后一致通过准予特赦，并于当日下午由国民政府发布命令：“张学良处十年有期徒刑，本刑特予赦免，仍交军事委员会严加管束。此令。” 张学良虽被“特赦“，但实际上却以“严加管束”为名，被无限期地拘禁起来。李烈钧在审判中虽然秉承蒋介石的意思对张学良从严审判，但是张学良在审判时的敢作敢为和谈笑自若，让李烈钧印象很深，他私下曾对鹿钟麟等人说：“（张学良）不愧为张作霖之子。”
