到达陕北后，李克农主要负责与东北军的联络工作。作为中共方面的代表，他曾前往东北与张学良秘密会谈，并与东北军达成秘密协议，建立电台联系。1936年，李克农和刘鼎密切合作开辟了“瓦窑堡—肤施(延安)—甘泉—洛川—西安”地下秘密交通线，加强了苏区与外界的联系。就是通过这条线路，李克农用张学良提供的卡车将美国著名记者埃德加·斯诺秘密送到苏区。在斯诺后来出版的著作《红星照耀中国》中，纪录了包括毛泽东在内的红军领导人的风采，其中也有李克农的传奇经历。
不久，李克农离开陕北，转战武汉。
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1937年4月8日，汉口日本租界89号，这是八路军武汉办事处，也是中共长江局机关所在地。时任秘书长的李克农收到陕甘宁边区政府主席兼八路军驻西安办事处主任林伯渠发的一封电报——“张国焘借祭黄陵之机擅自到西安，并不住办事处!”电报中还报告说，国民党方面已安排张国焘乘火车去汉口。李克农将情况反映给周恩来，决定在汉口截住张国焘。
当晚，李克农等人分乘两部小汽车到火车站拦截张国焘。晚7时，火车准时到站。李克农等四人分别站在车厢门口，瞪大眼睛注视着每一个下车的旅客，可就是没见到张国焘。他们又走进车厢分头去找，也未见张国焘影子，只好回办事处向周恩来报告。李克农估计，因为林伯渠知道张国焘要坐火车到汉口，张国焘怕中共方面有人去接，就又回西安了。周恩来说：“有可能，但你们明天照样去接。”
