此后的 5 月 7、8 两日，英、美、法、意、比五国公使先后向北京政府提出抗议。美国国防部长甚至向国务卿建议出兵中国，日本虽无侨民被掳，但日本报纸却趁机鼓吹国际联军共管中国铁路。5月9日，五国公使限北京政府三天内救出全部人质，否则每隔一天必须增加赔款数目。当时的曹锟政府又惊又怕，下令把山东督军田中玉、省长熊炳琦交陆军、内务两部议处，借此对舆论界有所交代。同时又派田中玉等亲往枣庄与组织这次绑架的匪首孙美瑶谈判。
孙美瑶是山东藤县人，当时年仅26岁。他家本为小康之家，地方绅董，因受土匪及官兵两方逼压，在大哥孙美珠的带领下，烧掉祖宅，一家人上山落草。孙美珠拉起了一支土匪队伍。这支队伍刚建立的时候，广东革命政府为利用他，颁给“山东建国自治军”的番号和关防，委任孙美珠为总司令，还派在日本学过军事的老同盟会员去充当孙部参谋长。后来，奉、皖系见这支队伍可以利用，也前往拉拢。连日本关东军也派伊藤集吉进入这支队伍，为孙美珠出谋划策。而直系的北京政府为防止孙部继续壮大以成后患，便派山东督军田中玉为剿匪总司令，率部剿除孙美珠及其所率部众。双方经过激战，孙美珠中弹身亡。其属下便推其弟孙美瑶继任匪首，并公开打出了“山东建国自治军”的旗号。孙美瑶一心为兄报仇，却又无计打破官军围剿，反被官军步步进逼，陷入走投无路的境地。于是，他决定孤注一掷，抢劫列车，以外国人作为人质，使北洋政府不敢轻易对其下手。
劫车事件发生后，由于外交使团害怕危及外俘生命安全，坚决主张与土匪讲和。田中玉及美国公使、各国领事等也来到了枣庄。田中玉还特意从济南调来一千五百人的军队，以便自卫。
5月15日，双方第一次谈判开始。孙美瑶提出三个条件：政府军撤回原防；收编土匪为一旅，以孙美瑶为旅长；补充军火。官方接受了前面两条，同时提出分三批释放外俘。双方签字时，孙方提出要求外国人和附近三县绅士一同签字担保官方履行条约，以防官方背盟。但第二天，孙美瑶反悔，又提出了更高的要求。北京公使团对此非常着急，他们要求北京政府尽全力和平解决，不能伤及外国人生命。这样，双方又开始了第二次的谈判。几经周折，在北京政府软硬兼施、威逼利诱的双重压力下，孙美瑶终于同意放人，而政府方面也派人送来军服二千套、粮草若干以示安慰，并许诺孙美瑶部中无论男女老幼，一律免死。不愿入伍的，放下枪械，带上个人财物回家。尔后，孙美瑶释放了全部人质。临城劫车案危机暂告一段落。
对于临城劫车案的性质，长期以来存在分歧。由于孙美瑶集团同多种政治势力甚至外国势力相联系，使得案件的背景十分复杂，其性质究竟属“土匪抢劫”、“农民起义”，还是“帝国主义插手的军阀政客的争夺阴谋”，目前尚有异议。至于劫车案发生的原因，也是说法不一。有人提出，劫车制造国际事端的主意是安福系智囊人物徐树铮同日本关东军代表伊藤集吉合谋的，且日本人是主谋。因为平时乘坐津浦线特快列车的日本人很多，唯独案发时列车上没有，这一点不能不令人生疑。其真情究竟如何，尚待进一步的探讨。
