1936年，为了逼蒋介石抗日，张学良发动“兵谏”，扣押了蒋介石，制造了西安事变。
（张学良）
西安事变以后，张学良被囚禁。张学思为营救大哥四处奔走。
张学良被蒋介石囚禁到宁波奉化溪口镇的雪窦寺别墅，蒋介石让他读书悔过，还派来一个清朝秀才出身的老先生教他《论语》《中庸》。
张学良愤怒无比，他上课睡觉或者和特务聊天，一次甚至就在上课时候打起了麻将，没有几天就把老先生气走了。
张学思到了哥哥囚禁的地方后，当晚住在了关押张学良的别墅中。当时在附近的雪窦寺里，住着30多个军统特务和一个连的武装宪兵，而特务的头子就是刘乙光。
刘乙光外表看起来温和，其实对部下是非常严厉，他在担任蒋介石卫队长和后来担任军统特务队队长的时候，都被部下偷偷叫做“中国希特勒”！
（左:刘乙光、赵一荻、张学良等）
刘乙光上任以后立即加大了对张学良的监视工作，他规定执行内部警戒任务的特务，白天须站在张学良住房30米左右的位置，晚上则移至寝室窗外和门口。外围宪兵白天在远处站岗，夜晚则移到特务们白天所站的 位置放哨。张学良的日常自由活动区域只有200米，且只限于白天，黄昏以后便不能走出屋门。在特务的警戒范围外，宪兵连的士兵们三步一岗，五步一哨，彼此相 望，形成一个包围圈。
（左:刘乙、右:张学良）
同时刘乙光命令特务宪兵都要严密监视张学良的日常活动，大至张学良的一举一动、生活状况，小到只言片语、思想波动，都要进行详细的记载，随时向上面汇报。
由于特务的跟踪防范，兄弟二人根本就没有单独接触的机会。
一天、两天、三天，都在玩乐中消磨掉了。第四天，也就是张学思临走的前一天，天空雷雨大作。
（左:张学良、右:赵一荻）
早饭后，张学良对四弟说：“今天不能出去逛了，走，到书房看看画报去。”这时，赵四小姐留下来，张罗着和特务们玩牌。
张学良把四弟领到书房一角，借着3个书架和一个报架，正好挡住了门窗外的视线。张学思顿时明白了，原来大哥已选好谈话的场所了。
（张学思）
张学良示意张学思别吱声，他指了指墙壁（暗示装有窃听器），然后拿出纸和铅笔，兄弟俩进行着无声的“谈话”。
张学思以最快的速度在纸上写着字，张学良看完后，用橡皮擦去铅笔字，又在纸上写起来……
最后，张学良叮嘱他：“多看进步书，要跟着共产党走，将抗战进行到底。”
而这一面竟成了兄弟二人的最后一面。
文革”中，张学思被林彪、四人帮反革命集团诬陷为“东北反党集团”成员，被关在一起。张学思很有一股硬劲儿，他死不低头，一天到晚生气，一生气就抽烟，一根接一根，后来被迫害致死。
后来张学良知道弟弟死去的事情后，他沉吟了半天，慢慢地说：“他不知道忍耐。顺境可以，逆境就受不了。我是，你明天枪毙我，今天照样睡大觉，我有一句话，曾跟年轻人说过，什么叫大丈夫？大丈夫能屈能伸啊！”
晚年的张学良曾经在口述自传中提到，自己最喜欢的就是四妈妈生的四弟弟张学思，他说他这个弟弟有骨头。