Ecowasdelegationen, ledd av Nigerias ex-president Goodluck Jonathan, träffade kuppmakarna på lördagskvällen svensk tid i försvarsdepartementet i huvudstaden Bamako.
Enligt bilder satt delegationens medlemmar, iförda munskydd, på ena sidan av ett långt bord och på andra sidan satt militärerna med överste Assimi Goita, juntans ledare som var iklädd ökenkamoflageuniform.
Mötet var tänkt att pågå i en och en halv timme men var över redan efter 20–30 minuter, men ingen part har ännu kommenterat varför.
En källa nära juntan säger ändå att delegationen gjort "ett gott intryck" och att juntan är "öppen för diskussioner".
Före ankomsten till Mali fick delegationen också klartecken för ett möte med expresidenten Keïta. Han och andra regeringsföreträdare hålls inlåsta sedan kuppen i tisdags,
– Vi har träffat president Keïta, säger Goodluck Jonathan på kvällen, och tillägger att "förhandlingarna går bra".
Det var tre medlemmar av delegationen som fick träffa den 75-årige Keïta.
Ökat tryck
När han anlände till Bamako sade Goodluck Jonathan till reportrar:
– I slutänden tror jag att vi kommer fram till något som är bäst för folket och som är bra för Ecowas och det internationella samfundet.
Omvärldens tryck på juntan för att snarast återgå till civilt styre, hålla val och att släppa fångarna har vuxit avsevärt de senaste dagarna. Farhågor luftas om att kuppen ytterligare hotar säkerhetsläget i Mali och hela Sahelregionen, som redan försämrats kraftigt de senaste åren.
Ecowas, med 15 medlemsstater, är särskilt raka mot kuppmakarna. Ecowas har stängt av Mali från medlemskap, stoppat finansiella transaktioner och stängt sina gränser till landet. Delegationen har nu som mål "att förhandla det omedelbara frisläppandet av presidenten och även säkerställa återställandet av den konstitutionella regeringen".
"Näst på tur"
En diplomat i regionen säger att skärpan i de västafrikanska ledarnas krav på juntan i hög grad beror på att de fruktar samhällsomstörtande utveckling även i de egna länderna.
– De kan inte tolerera att det sker. De tar det väldigt personligt. Det är på deras tröskel och de tror att de står näst på tur, säger diplomaten.
Keïta vann valet 2013 stort och fick fortsatt förtroende 2018. Regeringen störtades av militären sedan stora protester pågått i Mali sedan början av juni mot den utbredda korruption och det förvärrade säkerhetsläge som presidenten inte lyckats åtgärda.
Den försämrade säkerheten underströks ytterligare på lördagen av att fyra maliska soldater dödades när en sprängladdning detonerade intill deras fordon i Kororegionen nära gränsen till Burkina Faso.
Tusentals malier deltog i en manifestation på fredagen i Bamako för att fira att regeringen störtats.
Noll chans
Juntan har inte sagt ett ord om att återinsätta Keïta. Den har däremot lovat en återgång till civilt styre. I torsdags sade juntan att ett övergångsråd ska bildas med "en övergångspresident som antingen kommer att vara militär eller civil".
En annan diplomat säger att det är noll chans att Ecowas kommer att lyckas få Keïta återinsatt.
– Det enda de (medlemmarna delegationen) kan uppnå är övergången (till civilt styre). Enligt Ecowas regelverk ska Ecowas hjälpa fram övergången, säger diplomaten.
Rättad: I en tidigare version fanns ett missvisande ordval om vilka som ska träffa Malis expresident.