中统特务系统也提出众多营救蒋介石的方案，其中以李茂堂提出的“空降营救”方案最为抢眼，这一石破天惊的举动，让所有人大跌眼镜，甚得中统特务头子徐恩曾的赏识。李茂堂的长孙李炜京后来接受采访时说：“当时就是要救蒋介石。到底怎么救?谁去救?老是定不下来。出主意的人很多。一个比一个足智多谋。就是没有一个干实事的。我爷爷就主动请缨，铤而走险。他说他熟悉西安，熟悉周围地形，朋友也多，父老乡亲也多，一个人坐上飞机就飞过去了。”李茂堂天生胆大，说干就干，在一个天低云暗的夜晚，真的独自登机飞去西安，在郊外跳伞下来。当时西安城内兵荒马乱，昼夜戒严，他只好藏身在一个姓武的亲戚家中。李炜京说：“亲戚不让我爷爷出门。说你不能出去，人家知道有人跳伞过来了，到处找呢，可是他还是出去了。他说不出去怎么救人?他简单化装一下就进城去了。”在西安城门口，李茂堂被如临大敌的东北军看出破绽，当场五花大绑。
东北军发现李茂堂是中统派来的特工，再三逼他如实交代南京方面的动向，李茂堂无论对方如何大刑伺候，就是装聋作哑，一声不吭。李茂堂的顽固激怒了张学良，下令把他拖出去毙了。幸好后来西安事变和平解决，李茂堂才侥幸免死。
李茂堂英雄般地返回南京，不仅徐恩曾称赞他“对党国忠诚可嘉”，另眼相待，就是蒋介石也礼迎他的归来。李茂堂就此脱颖而出，得到重用，成为中统新星。
1937年，抗战全面爆发，李茂堂在无意之中抓到刺杀韩国独立党主席金九的日本凶手。此人心狠手辣，身怀绝技，任务就是刺探军情，伺机刺杀蒋介石及其左右。李茂堂再立新功，蒋介石对他恩宠有加，连升两级，提拔为中统特训班总教官，后任中统陕西调查室副主任，成为中统特务在陕西的重要人物。
