顾祝同指定的路线准备取道茂林等地到达苏南，然后再渡江北上。他们没有料到等待他们的是一个早已布置好的圈套。

    1月6日，新四军在茂林、泾县等地遇到国民党军队的拦击。蒋介石在重庆下了讨伐新四军的命令，新四军在国民党军队的优势兵力包围下陷入绝境。新四军血战近9昼夜，终因弹尽粮绝，除1000多人突围外，大部阵亡或被俘。副军长项英、政治部主任袁国平等高级干部遇害，军长叶挺在下山准备与国民党军队谈判时被扣押。这便是震惊中外的皖南事变。

    皖南事变后，蒋介石立即宣布新四军为“叛军”，下令撤销新四军的番号，将军长叶挺交军法审判。周恩来闻讯后，立即向国民党及重庆政府提出强烈抗议，他在重庆出版的《新华日报》上痛心地写道：“千古奇冤，江南一叶。同室操戈，相煎何急！”

    延安对皖南事变做出了强烈的反应。中共中央革命军事委员会公布了重建新四军军部的命令，任命陈毅为新四军代理军长，刘少奇为政治委员。陈毅等在就职通电中宣布：“誓遵三民主义，服从总理遗嘱，与万恶敌人日本帝国主义及其走狗中国亲日派奋斗到底。”新四军共编成7个师与1个独立旅，总兵力有9万多人。中共中央决定中共参政员不出席参政会会议以示抗议，并向重庆政府提出解决皖南事变的12条善后办法。主要内容是：惩办何应钦、顾祝同、上官云相3祸首；恢复新四军番号及叶挺自由，交还被俘人员，抚恤伤亡官兵；废止一党专政；释放一切爱国的政治犯；平毁西北的封锁线等。蒋介石迫于内外压力，向共产党表示了缓和姿态，他在国民参政会上虽然仍强调“军令”必须统一，但也表示“决不忍再见所谓‘剿共’的军事，更不忍以后再闻有此种‘剿共’之不祥名词留于中国历史之中”。共产党不欲抗日统一战线完全破裂，也逐渐采取了缓和态度，争端暂时平息。但经皖南事变的刺激，此后国共之间只保持了非常低调的关系。