“半年训完一年的科目，够他受的！”
“十有八九得累趴下，爬不起来！”
“这位公子哥，能吃得了这种苦吗？”
1934年7月，张学思高中毕业，经张学良保荐入国民党南京中央军校第十期预备班，进行入伍训练。张学良将军弟弟的到来，自然成为军校众人瞩目的对象，大家议论纷纷。
张学思对此一笑置之。国民党中央军校的生活是严格按照德国军校的模式设置的，特别强调紧张和艰苦，有些训练，简直就是故意折磨人，不用说少爷、公子哥受不了，就连许多穷苦人家的子弟，自小吃惯了苦的也感到吃不消，张学思自幼生活在豪华奢靡的大帅府里，也难怪大家会发出如此疑问。
行动是最好的回答。张学思除了和大家参加正常的训练外，还额外下小操，苦自然是不消说的，但外表斯文柔弱的张学思居然挺过来了，并且还后来居上，成绩远远地超过了先入校的学员。1935年春，张学思入伍训练期满，成为步兵科正式学员，他开始埋头钻研军事技术，他抱着“只要掌握了军事，就不愁达不到革命的目的”的信念，苦学苦练，不久，便理所当然地成为了军校的优等生，校方对他另眼相看，于是他又有了更多的机会进行各种军事操练和实战演习，所学到的东西比一般学员要多得多。
步兵科以“战术作业”为主要课程，教官给学员发下教案，限定了地形，限定了兵力，交代了敌情，然后命学员自己去布置兵力，安排如何应敌制敌，如何使用预备队等等。张学思头脑敏锐，反应迅速，判断果断，他的作业不但为同学们所敬服，就连德国教官也惊叹不已。
张治中当时时任军校教育长，他曾对张学良竖起大拇指，夸奖张学思表现很好，能吃苦耐劳，成绩优秀，是个出色的人才，很有培养前途。张学良听了非常高兴，感到四弟为自己增了光，他感慨地对张治中说：“在七个弟弟中，我最器重的就是这个老四。他有志气，有头脑，精明强干，勤奋好学，而且没有一点纨绔之气。我们张氏八兄弟中，将来大概只有他会有些出息！”
1936年春，正在日本陆军士官学校留学的王金镜让同志张怡给张学思带来了党的《八一宣言》。张学思这才知道党的方针路线有了新的发展，由过去的反蒋抗日转变为联蒋抗日和逼蒋抗日，并提出了抗日民族统一战线的英明政策，仿佛看到了黑暗中的指明灯，张学思一下子明确了自己工作的方向。不久，张学良派来警卫营营长孙铭久到中央军校看望四弟学思和全体东北籍学员，在与孙铭久的彻夜长谈中，张学思又了解到张学良面对红军提出的“中国人不打中国人”、“打回东北去”的口号，已决定走联共抗日的道路。为了实现抗日御侮、收复失地的宏愿，张学良成立了军官训练团，准备改造东北军，为此，他让孙铭久转告四弟，在军校物色优秀学员，毕业后带到东北去，共成大业。听了孙铭久的话，得知了大哥的巨大转变，张学思倍受鼓舞，他仿佛看到了东北军的新生，预感到东北军打回老家去的日子不会太远了，他热切地盼望着这一天早日到来。
12月12日，西安事变爆发的当夜，张学思被逮捕，连夜押往中央军校，当时他正在宣城野外营地参加毕业大演习，不知发生了什么事。当他被关进练习营的一间七米见方的小屋子后，他才得知大哥张学良将蒋校长拘捕起来了。张学思回想着刚才那位告诉他这个消息的上校对他的怒骂，又联想起孙铭久对他说过的话，突然间，他豁然开朗：大哥很可能发动了逮捕蒋介石的兵变！一阵兴奋，使他腾地从床上弹了起来，“大哥真是好样的！他真的采取行动，联共抗日了！”张学思激动得来回踱步，由衷地佩服大哥的勇敢和果断。
一阵激动过后，张学思开始冷静下来，他根据当时的形势，迅速做出了判断：现在，他个人的命运已经和这场事变及国家的命运紧紧地联系在了一起，目前有两种可能，一是停止内战，一致抗日，那么不仅中华民族得救，自己也有得救的可能。根据党的《八一宣言》精神，张学思可以肯定，大哥一定是和共产党有联系，他们一定会共同努力去积极争取全国抗战这种局面的出现；另一种可能是全国内战由此爆发，那么就会民族无望，自己也有可能被杀。张学思希望第一种可能的实现，但也做好了最坏的打算。
张学思在与外界完全隔绝的情况下度过了漫长的六天六夜，12月25日，西安事变和平解决，张学良决心亲自陪同蒋介石由西安经洛阳飞回南京，张学思因此获得了自由。
12月26日上午，蒋介石夫妇的专机和张学良将军的波音七号飞机，在南京机场着陆。在鸡鸣寺宋子文公馆里，张学思见到了大哥张学良，这一天，因为前来探望张学良的人太多，张学思一直没有机会和张学良说上话，张学良只能抱歉地叫弟弟第二天再来，他有要紧的话要告诉他。
谁也没有料到蒋介石会出尔反尔，张学良被军事法庭秘密审判后，押往了孔祥熙公馆，张学思再也没有机会见到大哥，和他共商抗日大计了。
