事件過程
1923年5月6日淩晨，一列“藍鋼皮”火車飛馳在當時中國最重要的火車運輸幹線之一的津浦線上，這列“藍鋼皮”火車由美國制造，全車鋼制藍漆，是中國交通部幾個月前斥巨資才引進的，可以稱得上是當時中國最先進的火車。這列火車設備先進，乘坐舒适，因此能夠乘坐這列高級火車的乘客大多為上流社會人士，也有不少身在中國的外國人。此時此刻，大多數乘客已經安然入睡，隻有少數乘客還在低聲聊天。他們完全不知道，自己的命運将面臨一個重大的轉折。
這列車上載有參加山東黃河宮家壩堤口落成典禮的中外記者和外國旅客多名。除英僑羅斯門睡在頭等卧車中企圖抵抗，被匪徒當場開槍擊斃外，共被綁走外國旅客19人（《密勒氏評論報》主筆鮑威爾也在其内），以及中國旅客100餘人。
各方反應
這消息一公布，北京政府可吓壞了。各國公使怕傷了僑民生命，堅決反對用武力，但又一天幾次催迫總統黎元洪想辦法。5月7、8兩日，英、美、法、意、比五國公使先後向北京政府提出了最嚴厲的抗議，上海美僑電請美國總統哈定迅速營救被擄西僑，北京美國駐軍要求采取直接行動，美國國防部部長台維士公然向國務卿許士建議出兵中國。日本雖然并沒有僑民被擄，但是日本報紙也幸災樂禍地鼓吹組織國際聯軍共管中國鐵路。
5月9日，五國公使限北京政府于三日内将全體被俘外僑救出，否則每隔24小時，須加賠款若幹。北京政府為此慌了手腳，把一切政務都停頓了下來，集中全力讨論營救外僑問題。
被擄的中外肉票，都被押往匪巢抱犢崮山麓。抱犢崮是山東峄縣的轄境。以前張敬堯做蘇、魯、豫、皖四省邊境剿匪督辦時，不剿而撫，于是匪變為兵。張敬堯在湖南失敗後，兵又變為匪，加上張勳、張文生失敗後，留下來的殘兵敗将，大部散在魯南山區，所以鄒、滕、峄三縣多年來一直是土匪橫行的地區。
孫美瑤得手之後，便照着孫桂枝的主意，先把四個外國女客釋放，同時教她們向官方轉達三個條件：一是迅速将圍山官兵撤出十英裡以外；二是收編匪軍為一旅以孫美瑤為旅長；三是補充軍火。綁匪的目的在于解抱犢崮之圍，收編他們為國軍，并不是要贖款。從山上送下來的第一封信，是上海《密勒氏評論報》記者鮑威爾所寫的，勸告政府軍勿攻山，須求和平解決。全體外俘都在信上簽了名。
信上說：被難旅客，除華人外，有屬英、美、法、意、墨諸國之僑民數十人，警告官兵，勿追擊太急，緻不利于被擄者之生命。
官方措施
由于外交團堅決主張派人和土匪講和，以免危及外俘生命，所以5月20日起從北京、濟南、徐州各處趕到棗莊來跟孫美瑤談判的大員，計有山東督軍田中玉、省長熊炳琦、交通總長吳毓麟、曹锟代表楊以德、徐海鎮守使陳調元、江蘇交涉員溫世珍等，真是冠蓋雲集，把小地方的老百姓都吓呆了。此外上海總商會、記者公會以及滕縣、峄縣的士紳等等也絡繹而來。有關各國駐濟南的領事等，也擺出了“洋大人”的架勢，跑來督促進行。
雙方談判
要求談判
孫美瑤沒料到事情會鬧得這麼大，不免有些慌張，他底下那些小頭目如郭琪才、周天倫等則意見紛歧，各有打算。有的主張适可而止，不宜鬧得太過分；有的則看準了政府害怕外國人，不敢使用武力，主張趁此機會大大地撈一票。全虧孫桂枝以老當家身份，從中主持。山裡的生活條件太差，匪徒的性格又很粗暴，被綁的肉票吃不了苦，死的很多，他也得分心照顧。
至于向官方提談判條件，當然更非他出場不可了。但他很善于隐蔽，自己并不出面，隻跟在别人背後，暗暗指掇，因而官方最初竟沒有注意到他。直到後來談判到了一定階段，匪方答應先釋放一批中外肉票時，才發現匪方所出的釋放證上，都由孫桂枝一人簽名蓋章，有個叫秦榛元的小孩子，因為沒有這張釋放證，竟被臨時攔回去，大家才知道匪方實際的首領是孫桂枝。
圍山的官軍有一年半沒有領到軍饷，隻好經常把軍火賣給土匪，田中玉了解這種情勢，怕官軍靠不住，所以特從濟南調來自己可以信賴的軍隊1500人，用以自衛。
官匪開始進行和談時，官方找到峄縣紳士李麟閣等上山接洽，楊以德找到張敬堯舊部郭泰勝充當官匪之間的調人。山上土匪非常愛戴張敬堯，因此北京有人建議起用張勳、張敬堯辦理招撫事宜。
正式談判
北京政府和綁匪方面第一次正式談判，是在12年5月15日，談判地點是中興煤礦公司，官方是由山東督軍田中玉和山東省長熊炳琦親自出馬，匪方代表是周天松。匪方提出幾個條件：
（一）政府軍解除包圍，撤回原防；
（二）收編匪軍為一旅，以孫美瑤為旅長；
（三）補充軍火。
談判結果
官方認為除了第三條都可以接受，官方提出分三批釋放外俘。雙方準備簽字時，匪方要求外國人和鄒縣、滕縣、峄縣三縣士紳一同簽字擔保官方履行條約。原來匪方鑒于以往官方曾有過背盟殺降的事情，民國8年旅長唐天喜以釋放肉票，不咎既往為條件，收編一支匪軍，後來匪首17人全部被殺，因此他們深懷戒心。這個補充條件也被官方接受了。
談判成功後，交通總長吳毓麟“義憤填膺”，自告奮勇願意入山為質，交換“洋票”提前釋放；接着山東省長熊炳琦也願“附骥尾”，偕同上山。消息傳到北京，黎元洪馬上打電嘉獎吳、熊的忠勇，勸他們提早回到北京。
吳景濂、張紹曾、王承斌也有電報勸他們不要“投井救人”。其實吳毓麟到棗莊來是看熱鬧的，他每天坐在“花車”上玩雀牌，根本未過問任何事情，隻揀了一個好時間打出那個漂亮的電報，當他接到北京“勸阻”的電報後，就“滿載盛譽”回返北京。
1923年5月16日山東督軍田中玉下令政府軍解圍撤退，并委孫美瑤為招撫司令，派人持令上山。不料匪方卻變了卦，孫美瑤當着官方代表的面，扯碎了委任令，并且緻函田中玉，自稱建國自治軍總司令，否認官匪所簽訂的和平條件，宣稱必須政府軍完全撤退，并接濟山中糧食後，他召集山中領袖舉行會議，才能提出匪方的正式條件。
繼續談判
孫美瑤的變卦是因為看準了官方還會讓步，認為這筆買賣可以大撈一把，因此推翻了先一天簽訂的官匪和約。這一來，使北京公使團大為吃驚，接連照會外交部阻止政府軍改撫為剿，還叫北京政府責成曹锟轉令山東當局和平了結，以免傷及外俘。
官匪繼續談判，匪方提出一次比一次更苛的條件，如要求任命張敬堯為山東督軍，改編匪軍為兩師，劃滕縣、鄒縣、峄縣為他們的勢力範圍，政府軍撤出百裡外，蘇、魯、豫、皖四省“同道”中人須一律予以收編以及六國提供保證等。
匪方條件越提越苛，官匪談判便無法達成協議，時間一天一天過去，各方的怨責交集于北京政府。
明剿暗撫
官匪既然談不攏，1923年5月21日，山東督軍田中玉到北京述職，堅決主張改撫為剿，内閣總理張紹曾也主張“剿”，拟派馮玉祥為剿匪督辦。可是這個打算洩漏出去，外交團擔心的是在匪手中的“洋票”，因此強烈表示反對，曹锟也大不以為然，力持異議。田中玉乃親赴保定谒曹，密告并非真的剿匪，隻是由于匪窟情形很艱苦，外強中幹，政府宣布剿匪不過是表面的恐吓，實際則是“明剿暗撫”，恫吓匪方放棄過苛的條件。
官匪談判破裂後，果然匪方外強中幹，在19名外俘中找到了一位在歐戰時期得過勇士勳章的法國人裴雨松，叫他宣誓保證回山，派他攜帶新條件下山接洽，限政府軍于22日下午6時以前撤回原防。不料裴雨松一去不返，山上外俘打電報叫他回來，他卻置之不理。匪方十分驚訝，外國人竟也不講信用，何況這個外國人還是一個馳名的“勇士”。
俘虜受虐
為了防止政府劫走“洋票”，20日匪方将西俘三名移置山頂洞穴内。原來抱犢崮在地形上像個倒挂葫蘆，山頂上大約有兩英畝的盆地，但是山腰十分狹小，由一道陡削的山壁上攀援而上，兩旁鑿有攀石或者嵌以木樁，攀附而上的必須緊抓木樁或攀石，一撒手就有跌入萬丈深淵的危險。根據當地的傳說，由于大牛不能上山，而山上又有可耕的盆地，所以隻好把小牛抱上山去飼養，因此有“抱犢”之名。
山頂周圍掘有壕溝，中間築地穴用以收容俘虜，還有三個蓄水池和不計其數的大小缸，用以蓄積雨水。地穴内收容中國俘虜多名，被俘時間有長達三年以上的，他們枯坐等死，像老僧人定一樣。其中有坐在草薦上的兒童數十名，年齡自五歲至八歲不等，匪方視同廢票，因此所受的待遇更為惡劣，一個個都像皮包骨頭的活骷髅。
當這些消息在報上傳出後，才激起全國朝野的憤怒，一緻譴責北京政府對本國肉票的痛苦遭遇視若無睹，卻隻一心一意地援救外國肉票，真是毫無心肝。
西俘優待
三名西俘移置山頂，是用繩索吊上山的，其中63歲的英國人斯密士在西俘中年紀最大，他是因為患了失眠症，特地到中國大陸來“旅行療養”，被懸吊在半空中提到山上去，使得他的失眠症發作得更厲害，幸而這時山上和外界已可通郵，因此在山上的西俘可以從山下取得接濟，斯密士的安眠藥可以寄來，所以勉強還可應付。自上海寄到的大批罐頭食物、香煙、水果、報紙、雜志，匪方都全部轉交西俘。
西俘還有言論和通信的自由，上海《密勒氏評論報》首先發表了鮑威爾的“匪窟通信”，描寫俘囚生活和山中風景，但是有一件事鮑威爾避而不談，那是當土匪把他和另一個西俘押解到巢雲觀時，曾令他們向神佛磕頭，旁邊有人撞鐘擊鼓，他們都做了。
由于政府軍态度日益強硬，裴雨松下山一去不返，匪方于25日又叫鮑威爾宣誓下山，限于24小時内回返，并派匪兵兩人為随。
鮑威爾帶了匪方三個條件：
（一）發給匪軍六個月的軍饷；
（二）收編匪軍1萬人；
（三）以張敬堯為山東督軍。
官方拒絕了匪方這三個條件，鮑威爾遵守誓言，于當天折返匪窟。
12年5月26日田中玉由北京回到棗莊來，命令政府軍加強合圍，并派飛機繞山投下傳單，匪情更為惶恐，除要求外俘修書求和外，又派鮑威爾攜帶兩個比較讓步的條件下山，這兩個條件是：
（一）政府軍解圍撤退；
（二）收編以二旅為限。
官方提出了兩個反條件：
（一）先釋放西俘三分之二；
（二）收編匪軍以有槍者為限。
5月31日匪方将已經移送山頂上的西俘三人送下山來，并且首先釋放了年老多病的斯密士。
這位為了醫療失眠病而到中國旅行治療的斯密士先生恢複自由後頓時成為新聞人物，他發表了一封通訊，叙述他被擄的感想，他認為這次被擄是他一生中最可寶貴的經驗，但是他又鄭而重之地說他不願再遇到這種曆險的經驗，即使有人拿100萬美金和他打賭。他本來旅程中還有東北沒有走完，可是當他聽說張作霖也是“紅胡子”出身的時候，他就堅決地表示要結束在中國大陸的“旅行治療”，匆匆收拾行囊，回返英國去了。
官匪雙方所以不易談攏的原因在于彼此不信任，官方唯恐接受了條件，匪方不放人：匪方則擔心放了人，官方會把條件推翻。這是一個結，如果無法解開，一切白費。美國人安德臣倒很聰明，已看透了這一點，便想出了一個雙方互提保證書的辦法，征得田中玉和孫桂枝同意，由安德臣保證官方絕對履行收編條件，并赦免各匪過去所犯一切罪行；孫桂枝保證匪方在受編後一定恪遵軍紀，效忠國家。但簽字之後，匪方仍有顧慮，覺得一張紙能有多大用處呢？官方真要翻臉不認帳，這張紙又抵不了免死牌，于是繼續一天天地拖着，遲遲不肯把肉票放出。
和談成功
臨城劫車案驚動了中外，無意間使陳調元出了名。陳調元是徐海鎮守使，臨城劫車案發生在山東境内，原不幹他的事，後來因為田中玉等颟顸無能，事情久延不決，曹锟要齊燮元派人去幫忙，齊才派了這員大将去。那時陳調元年紀還比較輕，人也沒有長得像後來那樣肥胖，性格爽朗，頭腦靈活，口才又好，加上他慣于與土匪打交道，很懂得他們的心理。他到棗莊之後，和孫桂枝、周天倫等幾個匪首一談，便立刻得到了他們的好感。
既然官匪之間不能談得攏的原因在于互不信任，就需要有一個真正願意“入地獄”的官員。陳調元到了臨城，看到這是個關鍵問題，便很慷慨地拍拍胸膛，願意立刻上山。田中玉當然贊成，匪方也同意了，陳便帶了江蘇交涉員溫世珍、美國人安德臣、峄滕兩縣士紳及上海總商會代表孫壽成等一行20人上山。表面上當然不說是去做抵押品，而是說接引全部番票和部分華票下山。
陳調元到臨城去的時候是帶着兩個旅同去的（準備協助山東官軍進行圍剿之用），如果匪方釋放了肉票，田中玉突然翻臉，要向抱犢崮進攻，他那兩個旅為了他的安全，就會用武力制止。反過來，若是匪方既不釋放肉票，又不讓他下山的話，他那兩個旅就會首先全力進攻，這一點孫桂枝是不能不顧慮到的。所以盡管别人上山是件險事，他卻完全不用擔心。
陳到了山上，孫美瑤等看他态度和平，一句話一個哈哈，而且有酒就喝，有飯就吃，毫無拘束，真像到了老朋友家裡一樣，因此大家對他都親熱得了不得。當天下午，便讓溫世珍和安德臣兩人先把全部洋票和六張華票送出山去。持續了一個多月的僵局就此打開。
孫桂枝、孫美瑤叔侄把陳調元等十幾人讓進一座臨時搭蓋的大席棚去設宴款待，實際就是留着作抵押。
陳調元在席上舉杯暢飲，坦然不疑，看到孫美瑤兩眼有些紅腫，便問是不是病了，孫美瑤說是這幾天山上事情忙，熬了幾個夜晚的緣故。陳調元立即從懷裡掏出一副黑眼鏡來送給他，一面拍着他的肩膊說：“帶上吧，這樣會好一些。老弟！你是一寨之主，應該格外保重！”孫美瑤從出娘胎來沒有人這樣關心過他，當然把他當作好人了。
陳調元自己原帶着兩個衛兵，田中玉派的一個旅長吳長垣也有一個衛兵，都帶有匣子炮。當晚臨睡之前，足智多謀的老匪首孫桂枝忽然賠着笑臉向陳調元說：
“鎮守使，您老早些安置吧。夜晚咱們這兒到處派崗哨，決不會出什麼事……倒是，你們帶來的幾位弟兄沒事最好别出去，免得發生誤會……”
他的話才停，陳調元心裡已雪亮了，立刻命令衛兵：“把家夥卸下來，交給老當家的，準沒錯。”
孫桂枝也不由十分佩服陳調元的機警。
陳調元不但和匪方敷衍得很好，就是跟他一路入山的官紳他也竭力拉攏，顯得非常熱情。他拿出一本日記簿來，請各人簽名，說是難得這樣聚在一處，而且還一起上山辦這樣尴尬事，可算患難之交。大家也都覺得這位鎮守使既有魄力，又沒有架子，真是一個難得的将領。
陳調元上山時，官方先送了2000套軍服給匪方，并運送糧食接濟匪區，這顯示雙方已極接近。加上陳調元的籠絡，遂使震動全世界的臨城劫車綁票案，逐漸煙消雲散。
田中玉看見和談已經成功，問題接近解決，于是乃先行回省，派軍務幫辦、第五師師長鄭士琦在棗莊辦理善後問題。鄭士琦接辦善後前，北京的外交團曾有一個決議，是由各國駐華武官組織一個委員會，分往中國各鐵路線調查擄案情況，北京政府允許他們自由前往，并令有關人員予以協助。
1923年6月1日，各國武官團到了棗莊，鄭士琦沒有到火車站歡迎這些“洋大人”，使得他們大為光火。鄭士琦請這些外賓午宴，他們竟集體不去，鄭士琦知道原委，于是趕來賠了許多不是，道歉說好話，最後這些“洋大人”才勉強接受，大模大樣地前往參加宴會。
當天，他們讓中國軍官帶路，乘馬前往山區偵察路徑，其實這也不過是一番做作，根本偵察不出一個名堂來，因為這個時候，土匪已經表示就撫，西俘都已釋放。
事件結果
6月2日，孫美瑤随同陳調元下山，和鄭士琦簽訂了和平條約，當天陳調元又陪孫回山進行點驗事宜，點驗結果，全部匪軍實數隻有3000人，有槍的不到1200人，匪窠中無論男女老幼，一律給以免死證，有不願入伍的，準其繳械遣散，個人财物準其攜帶回家。
6月12日，最後一批西俘八名全部釋放，13日全部回到上海，一場轟動世界的劫車綁票案，從開始到結束，曆時37天。
匪軍于6月27日正式改編為山東新編第十一旅，孫美瑤當了旅長，周天松、郭天才為團長，指定郭裡集為這一旅的防地，孫桂枝當了旅部的軍需長。
本來孫美瑤曾經提出要殺何鋒钰（山東第六混成旅旅長兼兖州鎮守使），替兄報仇，同時外交團也要求北京政府懲處山東負責的長官，于是活該倒黴的何鋒钰受到了撤職查辦的處分，這是6月25日的事。
不過孫美瑤這個讓國民政府丢臉的家夥可沒有那麼好的後半輩子可以享受，在做了六個月的旅長之後就被新任的兖州鎮守使設下鴻門宴，當場打死了，到這裡這個奇案和鬧劇的主角都結束了。
不過臨城匪徒的幕後人孫桂枝仍然逃走了，他帶了一批殘部，在魯南山區流竄，官方始終對他沒有辦法。
社會評價
魯迅：西洋人初入中國時，被稱為蠻夷，自不免個個蹙額，但是，時機已至，到了我們将曾經獻于北魏，獻于金，獻于元，獻于清的盛宴，來獻給他們的時候了。出則汽車，行則保護：雖遇清道，然而通行自由的；雖或被劫，然而必得賠償的；孫美瑤擄去他們站在軍前，還使官兵不敢開火。何況在華屋中享用盛宴呢？
1926年12月湖南省農民第一次代表大會《宣言》中，将“臨城劫車案”作為北方革命的一個實例，将發動此案的團體稱作是“與封建統治階級争鬥，與帝國主義争鬥”的“革命團體”。
