在打开外交新格局中，最重要的变化是中美关系开始走上正常化的道路。
长期处于对抗状态的中美关系迅即出现戏剧性的转折，是许多人没有料想到的。其实，它是整个国际形势发展变化的必然结果。这时的苏联，正咄咄逼人地向外扩展势力。而面临各种威胁的中国，实际上已成为国际间一个不可忽视的重要角色。在美国看来，改善中美关系可以增强它同苏联抗衡的力量。在中国看来，改善中美关系可以适应抗御苏联威胁的需要，有助于逐步解决台湾问题，也便于扩大中国的国际交往。但是，要实现这一点是非常不易的，尤其需要政治家们善于捕捉那些转瞬即逝的“外交时机”。
1969年12月3日，在波兰首都华沙文化宫举办的南斯拉夫时装表演会上，怀揣“使命”的美国驻波兰大使斯托塞尔看到“中国代办”（实为使馆二秘）离席，便尾随跟出，试图同中方搭话。不料“中国代办”却走出会场，坐进轿车，准备离开。情急中美国大使不顾外交礼仪，一把拉住中方译员，用波兰语说：他得到华盛顿的指示，准备恢复同中国大使馆的联系。中方译员有礼貌地答应代为转达后，便匆匆离去。
事情发生在华沙，并不是偶然的。长期以来，华沙一直是中美两国进行官方正式接触的地方。1955年的第一次中美大使级会谈就在这里举行。1967年3月，已经进行了130多次的中美华沙会谈暂告中止，中美官方接触的渠道也随即中断。1969年1月尼克松就任美国总统以来，美国开始调整对华政策，向中国方面发出一系列“信息”，表示愿意同中国对话，并多次声明将把改善美中关系作为美国政府的外交目标之一。对此，中方一概报以“沉默”，以静观美方动态。同年9月中苏两国总理的北京机场会晤以及随后举行的中苏边界问题谈判，促使美方下决心加快美中接触的步伐，有所“醒悟”的尼克松本人更急于同中国高层直接对话。正是在这种情况下，发生了美国大使追赶中国外交官的一幕。
当天晚上，周恩来便看到发自中国驻波兰大使馆的电文。他立刻报告毛泽东：“找着门道了，可以敲门了，拿到敲门砖了。”在这以前，毛泽东和周恩来已经敏锐地察觉到尼克松发出的一系列值得注意的信号，包括美国政府宣布放宽对华贸易限制、反对苏联方面提出的旨在孤立中国的建议、下令停止美驱逐舰到台湾海峡巡逻等。波兰事发的半个月前，周恩来曾致信毛泽东：“尼克松、基辛格的动向可以注意。”
12月4日，周恩来批准外交部关于释放两名乘游艇进入中国海域的美国人的报告，并通知美国驻波兰大使斯托塞尔。这也是中方给美方的一个回应信号。几天以后，斯托塞尔应邀到中国驻波兰大使馆同中国代办雷阳会晤，成为第一位进入“红色中国”大使馆的美国驻外大使。12日，周恩来将有关中美华沙会晤的三份电文转报毛泽东，提出：中美接触一事，“拟搁一下看看各方反应，再定如何回答”。同日，周恩来接见巴基斯坦驻华大使凯瑟时要他转告叶海亚总统：尼克松如果要同中方接触，尽可利用官方渠道。12月底，经过毛泽东、周恩来反复考虑，终于批准恢复中断了近3年的中美华沙会谈。
重新恢复的中美大使级会谈定于1970年1月20日在华沙举行。会谈前，周恩来逐字逐句地审阅修改中方的发言稿，并且注明：在我方发言后，美方如重提美与台湾有条约关系，我应以“美蒋条约”是全中国人民所不承认作答；美方如询更高级会谈或其他途径何所指，可答以美国政府如对此感兴趣，可提出方案，也可在大使级会谈中双方商定出方案。
台湾问题一直是中美会谈的关键所在。恰当地处理这个问题，是实现中美关系正常化的前提，也是无法回避的实质问题。周恩来认为有必要向美方特别是尼克松本人表明中方的这一立场。还在考虑恢复中美华沙会谈的时候，他就对帮助实现中美接触的巴基斯坦大使表示：当前国际事务错综复杂，中美之间的关系也在变化。对美关系，中国的立场一是和平共处五项原则，二是美国一切武装力量从台湾和台湾海峡地区撤出去。感谢叶海亚总统把中国的这一立场说得很清楚。2月中旬，经过周恩来主持的中央政治局会议讨论修改的华沙会谈中方发言稿中又提出：“如果美国政府愿意派部长级的代表或美国总统的特使到北京进一步探讨中美关系中的根本问题，中国政府愿予接待。”这里说的“中美关系中的根本问题”，主要是指台湾问题。
不久，巴基斯坦方面传来美方口信：尼克松准备开辟一条白宫通向北京的直接渠道，以便在绝对保密的情况下，“保证完全的自由的决断”。周恩来一看就明白了。他阅后批道：“尼克松想采取对巴黎谈判（指关于越南问题的巴黎谈判）办法，由基辛格秘密接触。”而这以后，事情发生了一些波折：因美国支持柬埔寨朗诺集团发动的政变推翻了西哈努克亲王领导的王国政府，美国军队继而入侵柬埔寨，激起印度支那三国人民抗美救国斗争的高潮。为了支持印度支那三国人民，中国方面连续两次推迟中美华沙会谈。6月底，尼克松政府被迫决定把美国军队撤出柬埔寨。10月初，尼克松接见美国《时代》周刊记者时称：“如果说我在死以前有什么事情想做的话，那就是到中国去。如果我去不了，我要我的孩子们去。”随后，借欢迎罗马尼亚总统齐奥塞斯库宴会的机会，尼克松“第一次有意地”使用了“中华人民共和国”的名称，并私下托罗领导人将希望美中进行高级接触的“口信”转达给中方。
同年11月5日，周恩来会见美国友人埃德加·斯诺时，明确指出影响中美关系的“症结”所在：中美谈判从1955年开始到现在，没有解决什么问题。为要解决问题，现在就要谈台湾问题，就是美国武装侵略和占领了台湾及台湾海峡。其他问题都是次要的。关于这个问题，我们谈判的态度和方针不会改变，应该改变的是美国政府。我们的大门始终是敞开的。
几天后，巴基斯坦总统叶海亚来华访问，并带来尼克松关于准备派他的高级助手在任何时候、任何地点同中国相应代表对话的口信。不久，从罗马尼亚方面也传来类似信息。尼克松尽管一再表示愿意同中方进行高级会晤，却对中方多次表明的解决中美关系的关键问题——台湾问题仍避而不谈。11月14日，周恩来回答叶海亚时重申：台湾是中国不可分割的领土，解决台湾问题是中国的内政，不容外人干涉。美国武装力量占领台湾和台湾海峡，是中美关系紧张的关键问题。中国政府一直愿意以谈判来解决这个问题，但是谈了15年还没有结果。现在，尼克松总统表示要走向同中国和好。如果美方真有解决上述关键问题的愿望和办法，中国政府欢迎美国总统派特使来北京商谈，时机可通过巴基斯坦总统商定。
周恩来在这里再次挑明：中美高级会晤首先要谈台湾问题，中方在台湾问题上不会让步。鉴于这种情况，一直试图“绕过”台湾问题的美方只得含糊其辞地答复中方：美中代表会谈不应限于讨论台湾问题……
12月18日，毛泽东会见他的老朋友斯诺。他告诉斯诺：尼克松早就说要派代表来，他对于华沙那个会谈不感兴趣，要当面谈。如果尼克松愿意来，我愿意和他谈，谈得成也行，谈不成也行。25日，《人民日报》头版刊出毛主席在天安门城楼上和斯诺合影的照片，以含蓄的方式向美方透露了毛泽东赞成中美实现高层对话的“信息”。尼克松后来回忆，毛泽东同斯诺所谈欢迎他访华的内容，“我们在几天后就知道了”。
这样，举行中美高级会晤的条件已渐趋成熟，等待着实现一次重大突破。
1971年1月29日，是农历正月初三。在中南海西花厅内，周恩来正同参加起草中日乒乓球协会会谈纪要的中方人员谈话。看过他们草拟的纪要文本后，周恩来皱起眉头，批评道：“后藤钾二的会谈纪要草案已经很好了嘛！后藤先生很早就想来中国，你们对这样的朋友要求也太过分了。”接着，他又焦虑地说：“你们不要那么‘左’嘛！”
后藤钾二是日本乒乓球协会会长，长期致力于中日友好。鉴于第31届世界乒乓球锦标赛即将在日本名古屋举行，他专程来华邀请在世界乒坛享有盛誉的中国乒乓球队前往参加赛事。后藤提出的作为两国乒乓球协会会谈基础的文本中，本来已包括应当遵守“中日关系政治三原则”的内容，即：一、反对“两个中国”；二、争取恢复邦交；三、促进中日友好。但会谈时，中方代表却坚持要把台湾问题写入纪要，并主张将“政治三原则”的文字放在纪要的第一条。这时中日关系还没有正常化，日本国内情况也比较复杂，后藤感到为难，希望中方能够理解他的处境。由于双方相持不下，纪要一时难以定稿。在这种情况下，周恩来把中方会谈人员找来，严肃地批评了他们的做法，指出：会谈要看对象，台湾问题在这里没有必要提，你们不要给后藤先生出难题。“中日关系政治三原则”还是按日方原来提的，放在纪要第二条。
在周恩来直接指导下，中日乒乓球协会会谈纪要于2月1日在北京签字。随后，中国乒乓球代表团组成，并正式向第31届世界乒乓球锦标赛组委会报名参赛。
长期以来，中国乒乓球队一直受到周恩来的亲切关怀。他多次设家宴招待出国参赛的队员和教练员，为他们接风洗尘。他说：“我请你们到我家吃饭，钱我出，但要自带粮票。”席间周恩来和大家谈笑风生。饭后，他有时还要跟大家一起打乒乓球。1965年，中国乒乓球队的健儿在南斯拉夫举行的第28届世乒赛上再创佳绩，一连夺得5项冠军，令世界乒坛为之震动。“文化大革命”开始后，由于体育事业遭到严重破坏，出国参赛也被取消，中国乒乓球选手失去了参加第29、30届世乒赛的机会。
1969年10月，在一次观看体育表演时，周恩来向国家体委军管会和体育院校军宣队负责人了解运动员的思想、训练、生活情况。当听到有人把“文化大革命”前出国参赛说成“为帝、修、反抬轿子”，搞“投降主义”、“卖国主义”，把在国际比赛中为国家争得荣誉的运动员说成是“修正主义苗子”时，他气愤地批驳：“出国比赛，这是为祖国争光嘛！有人不要爱国主义，我们还要爱国主义！”谈到“文化大革命”中体育队伍的现状时，周恩来十分关切地说：有名的运动员大多被关起来了，就和劳动模范一样。告诉他们，要经得起考验。运动员绝大多数是好的，是毛泽东思想培育起来的，是我们自己培养起来的，我们不要自己把自己否定了。为社会主义祖国争光，为国家出力，总还是好事嘛！不久，周恩来又询问起乒乓球运动员的学习、训练情况，提出：要抓紧训练，恢复技术。
1971年3月中旬，中国乒乓球队各项参赛工作准备完毕。14日夜，周恩来召集外交部、国家体委等部门负责人会议，听取关于中国队赴日参赛问题的汇报。这时，体委内部又出现去和不去两种不同意见，不赞成去的还占多数，理由是国外有几股敌对势力想破坏中国队的参赛，去了危险性很大。周恩来沉思片刻后说：“不去怎么能行？我们怎么能不守信用呢？”接着，他耐心地阐明派队参赛的理由，果断地说：“我们信守诺言，参加第31届世乒赛。”他边说边抽出笔，当场给毛泽东写报告，提出：此次出国参赛，已成为一次严重的国际斗争；我方提出“友谊第一，比赛第二”，即使输了也不要紧，反正政治上占了上风。写完后，马上要秘书将报告发出。15日一早，毛泽东的批示传到体委：“照办。我队应去，并准备死几个人。不死更好。要一不怕苦，二不怕死。”
3月28日至4月7日，中国乒乓球队如期赴日参赛，“宝刀”不老的中国男女队员一举荣获4项冠军，其锐气不减当年。在短短几天时间里，中国运动员还与包括美国在内的各国运动员进行了友好接触，表现出“友谊第一，比赛第二”的精神风貌。由此，在日参赛的美国乒乓球队向中方提出了访华的请求。
4月3日，外交部、国家体委就美国队访华问题写报告给周恩来，认为目前时机“还不成熟”。第二天，周恩来将报告送毛泽东审批。经过反复考虑，毛泽东在7日作出邀请美队访华的决定。周恩来立刻告诉外交部电话通知在日本的中国代表团，正式向美方发出邀请。当中国代表团负责人在名古屋宣布这一富有象征性含义的消息后，立刻引起轰动，日本各大报纸都在头版头条登出消息，报道中美之间的“乒乓外交”。周恩来兴奋地在转给毛泽东的一份报告上写道：“电话传过去后，名古屋盛传这一震动世界的消息，超过31届国际比赛的消息。”当晚，周恩来兴奋地向出席全国旅游和援外工作会议的代表宣布：“从今天起，我们展开了新的外交攻势，首先从中国乒乓球队开始。……”
消息也很快传到美国白宫。中方导演的“乒乓外交”的杰作，令白宫的主人钦佩不已。尼克松后来承认：这是以美方“完全没有料到的方式出现了一个突破”。
一周以后，周恩来在北京接见刚刚来到中国的美国乒乓球代表团全体成员。他说：“中美两国人民过去往来是很频繁的，以后中断了一个很长的时间。你们这次应邀来访，打开了两国人民友好往来的大门。”会见中，美国队员格伦·科恩向周恩来询问他对美国青年中流行的“嬉皮士”的看法。周恩来坦诚地回答：“现在世界青年对现状有点不满，想寻求真理。青年思想波动时会表现为各种形式。但各种表现形式不一定都是成熟的或固定的。”“按照人类发展来看，一个普遍真理最后总要被人们去认识的，和自然界的规律一样。我们赞成任何青年都有这种探讨的要求，这是好事。要通过自己的实践认识。但是有一点，总要找到大多数人的共同性，这就可以使人类的大多数得到发展，得到进步，得到幸福。”
作为东方大国的总理，周恩来的好客、谦逊和睿智的风度，给第一次来到这块被认为是“神秘国土”的美国人以良好、深刻的印象，并引起全世界舆论的关注。
“乒乓外交”取得了“小球推动地球”的戏剧性效果，加快了实现中美高级接触的进程。
1971年4月21日，周恩来通过中国驻巴基斯坦大使馆向美国政府递交《周恩来总理给尼克松总统的口信》：“要从根本上恢复中美两国关系，必须从中国的台湾和台湾海峡地区撤走美国一切武装力量。而解决这一关键问题，只有通过高级领导人直接商谈，才能找到办法。因此，中国政府重申，愿意公开接待美国总统特使如基辛格博士，或美国国务卿甚至美国总统本人来北京直接商谈。”
4月底，尼克松获悉《口信》后，先以口头方式回复中方，表示接受邀请。5月17日，美方又通过巴基斯坦驻美大使正式答复中方：尼克松总统“准备在北京同中华人民共和国诸位领导进行认真交谈，双方可以自由提出各自主要关心的问题”。并提议：“由基辛格博士同周恩来总理或另一位适当的中国高级官员举行一次秘密的预备会谈。基辛格在6月15日以后来中国。”
尽管美方仍在回避中美会谈的关键问题——台湾问题，但它明白这个问题在会谈时是无法回避的，并在来华的具体日程中做了安排，表现出积极认真的态度。在这种情况下，中国方面开始就中美会谈的方针进行准备。
5月25日，周恩来召集外交部核心领导成员开会，研究尼克松的答复口信。第二天，他又主持中央政治局会议，商讨中美会谈的方针问题。会后，周恩来亲笔起草了《中央政治局关于中美会谈的报告》。《报告》回顾了第二次世界大战以来中美关系演变的过程，估计了同基辛格的预备性会谈和尼克松的访问可能出现的各种情况，并拟出相应的对策。《报告》的核心内容，仍旧是台湾问题，即：
美国一切武装力量和专用军事设施，应规定限期从中国台湾省和台湾海峡撤走；台湾是中国的领土，解放台湾是中国的内政，外人不容干涉；中国人民力争和平解放台湾；中国政府和人民坚决反对进行“两个中国”或“一中一台”的活动；美国如欲同中国建交，必须承认中华人民共和国是代表中国的唯一合法政府。
29日，毛泽东批准《中央政治局关于中美会谈的报告》。同一天，中方向尼克松发出口信，欢迎基辛格来北京同中国领导人举行秘密会晤。6月2日，尼克松接到口信后兴高采烈，称：这是第二次世界大战以来，美国总统所收到的最重要的信件。
从这时候起，周恩来为准备同基辛格会谈做了大量工作。他多次约外交部等有关部门负责人开会，讨论会谈方案，研究分析美方情况，并对礼宾、民航、安全保密等问题做出周到细致的部署。谈到这次中美会谈的意义时，他说：这是中美交往中断了20年后第一次重要的高级会晤，这说明了美国封锁敌视中国政策的完全失败。为了摆脱被动局面，美国不得不放下一贯的傲慢架子，跑到北京来与我们会谈；不是我们有求于他们，而首先是他们有求于我们。我们应该本着落落大方、以礼相待、不卑不亢的精神做好这次工作。
7月9日中午，尼克松总统的国家安全事务助理基辛格一行在中方有关人员陪同下，乘坐巴基斯坦民航公司的飞机秘密抵京。基辛格在北京逗留了48个小时。在这期间，73岁的周恩来同这位48岁的博士举行了6次总计17小时的会谈。双方着重就台湾问题以及尼克松访华时间等进行磋商。周恩来重申：台湾历来就是中国的领土，台湾问题是中国的内政，不容外人干涉；美国必须承认台湾是中国的一个省，必须限期撤走驻台美军，必须废除美蒋“共同防御条约”。基辛格表示：美国承认台湾属于中国，希望台湾问题和平解决；美国不再与中国为敌，并随着中美关系的改善逐步减少驻台美军；美蒋共同防御条约历史可以解决。双方商定尼克松总统在1972年5月前访华，并确定中美之间今后改用巴黎的秘密联络渠道。
基辛格在后来的回忆录里，谈到周恩来在这次会见中给他留下的印象：“他是一个杰出的历史人物。他精通哲学、熟谙往事，长于历史分析，足智多谋，谈吐机智而有风趣，样样都卓越超群。他对于情况的了解，特别是美国的情况，也包括我个人的背景，了如指掌，简直令人吃惊。他的一言一行几乎都是有明确目的的。”“简而言之，我生平所遇到的两三个给我印象最深刻的人中，周恩来是其中之一。他温文儒雅，耐心无穷，聪慧过人，机巧敏捷。他在我们讨论之际，轻而易举地就点破了我们新关系的实质，似乎除此之外别无明智的选择。”“中国和美国在70年代初谋求和解，这是世界环境所决定的。但事情来得这样快，发展又如此顺利，则是由于中国总理的光辉品格和远见卓识起了不小的作用。”
11日午后，基辛格一行乘机返回巴基斯坦。两天前还对此行“不摸底、心中惶惶不安”的基辛格，到这时终于松了一口气，认为此次访华成果“超过了原来的期望，圆满地完成了所承担的秘密使命”。
7月15日，中美双方同时发表关于基辛格访华公告，宣布尼克松访华的消息。这条不足200字的公告，立刻震动了全世界，成了“本世纪最出人意料的外交新闻之一”。然而，这仅仅是迈出了第一步。中美双方在台湾这个关键性问题上还要有若干回合的“交锋”。
中美公告发表3天后，外交部就掌握中美关系的方针问题发给各驻外机构一份《通报》。这份经周恩来审阅修改的文件强调：在处理中美关系以及其他国际事务方面，“将坚持既定的原则立场，绝不会拿原则做交易”。同一天，周恩来接见法国议会代表团时，进一步阐明了中国政府的原则立场：中美谋求两国关系正常化，不是没有障碍的。中美之间最大的问题是台湾问题。又说，联合国只要出现“两个中国”、“一中一台”，或者类似的形式，我们就不去，坚决不去。
中国是联合国的创始会员国，也是安全理事会五个常任理事国之一。新中国成立后，以美国为首的西方势力百般阻挠恢复中华人民共和国在联合国的合法席位，使得这一席位长期被在台湾的国民党当局所窃据。建国20多年来，周恩来始终不渝地为争取恢复新中国在联合国的合法权利而努力。1970年第25届联合国大会上，支持恢复中国在联合国合法席位的提案第一次获得半数以上国家的赞同，但因不足三分之二多数而仍未能通过。在形势越来越有利于中国的情况下，周恩来向美国友人斯诺表示：如果联大会议通过赞成我们的合法席位，同时驱逐台湾，当然我们对此要进行考虑。
作为美国方面来说，由于形势的发展变化，已使它越来越难以操纵联合国。这就迫使它不得不改变过去的政策，承认台湾属于中国，甚至表示要在联合国支持恢复中国的合法席位，但同时又反对驱逐台湾当局的代表。这种做法的实质，就是主张在联合国搞“两个中国”或“一中一台”。1971年8月2日，美国国务卿罗杰斯发表《关于中国在联合国的代表权问题的声明》，将“两个中国”的方案公开抛出。以后，美、日等国又提出所谓“重要问题案”和“双重代表权案”，力图保持台湾在联合国的席位。
周恩来十分关注26届联大的情况。8月21日，他召集党、政、军系统外事部门负责人会议，宣讲外交部批驳美国政府提案的声明。会上，他询问与会者：美国为了在联合国制造“两个中国”，曾经同哪些国家开会？到会的外事干部大多回答不出。周恩来生气地批评道：我真有点恼火！你们报纸也不看，《参考》也不看，外交战线这个样子不行啊。随后，他逐一举出这20个国家的名字，并且分析说：从这个名单里，可以看出美国国际地位的下降。
10月20日至26日，基辛格“为尼克松总统访华作基本安排”第二次来华。才处理完林彪叛逃事件不久的周恩来，顾不上已持续一个多月的紧张和疲惫，又全力以赴地投入到繁重的外交事务当中。根据美方要求，这次中美会谈将同时安排各种级别的对口会谈和有关活动。为此，周恩来事先逐一审定和落实了外交部提出的各项方案。
基辛格访华的一周内，周恩来同他进行了10次会谈，除商定尼克松访华日期和讨论其他国际问题外，双方主要就尼克松访华的中美联合公报交换意见。事前，美方并没有说要发表联合公报，中方没有预做准备。当周恩来看过美方提出的公报草案后，表示不能接受，因为这个公报草案仍沿袭一般联合公报的写法，掩盖彼此之间的分歧，回避实质性的问题，是一个用漂亮辞藻粉饰起来的貌似双方观点一致的公报。尽管这样，周恩来也没有否认美方草案中的某些可取之处。他指示有关人员起草对案，提议：可以按照过去同蒋介石达成协议的办法，各说各的，明确写出双方的分歧，同时也吸收美方可取之处，写出双方的共同点，以便共同遵循。
在得到毛泽东的认可后，中方起草出一份“各说各的”公报稿，其中将美方意见空出留待他们自己写。起初，基辛格感到中方对案“用词尖锐”、“立场都是以最不妥协的词句提出来的”，觉得难以接受。但冷静下来仔细研究后，发现这种“独出心裁”的方式恰好能够解决他们的“难题”。经过反复会谈，美方终于同意中方关于联合公报的起草原则和基本内容，并提出修正方案和补充意见。26日，双方就联合公报草案达成初步协议。这样，遵循周恩来提出的“各说各的”原则创造出来的这种奇特的、“过去没有过的”外交公报草案，便成为外交公报中的一篇成功的杰作，它使得基辛格再次感到“不虚此行”。
当基辛格即将离开中国的时候，一件他没有想到的事情发生了。
1971年10月25日晚上，第26届联合国大会以压倒多数的表决结果通过决议，恢复中华人民共和国在联合国的一切合法权利、并立即将台湾蒋介石集团的代表从联合国的一切机构中驱逐出去。表决刚一结束，纽约联合国会议厅里一片欢腾，雷鸣般的掌声和欢呼声从四面响起，一浪高过一浪，此起彼伏，经久不息。支持中国的代表们起立，高举双手用不同的语言欢呼：“我们胜利了！”“中国万岁！”与会场里的热烈气氛形成鲜明对照，台湾当局的“代表”在尴尬地宣布“中华民国”退出联合国后，率领他手下的一帮人灰溜溜地离开会场。新闻媒介评论道：“中国是在自己不在场的情况下，受到联大三分之二以上的国家的祝福，被赋予挥动巨手进入联合国的权利，使联合国发生根本变化。”
20天后，中华人民共和国代表团出现在联合国大厦。在纷纷登台致词欢迎中国代表团的发言者里，以亚、非、拉地区国家的代表最引人注目。他们一篇篇热情洋溢的讲话，表达了这些国家对新中国的真挚感情。在他们的心目中，作为有着世界最多人口大国的中国，处处和他们平等相待，这同一些西方大国的所作所为形成鲜明的对照。对一些国家的领导人来说，这种真诚如朋友的关系，正是通过接触周恩来本人所感受到的。1976年周恩来去世后，缅甸总统奈温在悼文中深情地说：作为一个大国的领导人，周总理“总是平等待人”；“世界大国中，特别是超级大国中，若能出现更多像周恩来总理那样能给予同情和谅解精神的领导人，这个世界该多么好啊！”
新中国如此迅速地恢复在联合国的合法席位，也出乎中国领导人的意料之外。联大通过表决后不久，周恩来向一位美国友人表示：那天联合国的表决完全出乎意料，不但出乎我们的意料，也出乎美国的意料。我们没有派一个人去联大活动，而且提案国是由地中海两岸的两个国家带头的。这么多的国家对我们寄予希望，我们感谢他们。
第二天，周恩来又对来访的日本客人讲：这么一件大事，全世界都在注意，我们没有准备好是事实。它说明一个问题，就是在联合国美国的指挥棒不灵了。这次表决的结果是违反美国的意愿的，也是违反一向追随美国的日本佐藤政府的意愿的。我们不能不重视这一表决的精神，因为它代表了世界大多数国家和人民的愿望。
新中国在第26届联大上的胜利，归根到底是坚持世界上只有一个中国即中华人民共和国的原则的胜利；同时，也是美国及其追随者长期推行“两个中国”、“一中一台”政策的失败。这个事实，又反过来促使更多国家谋求同中国关系正常化。为此，毛泽东、周恩来顺应潮流，因势利导，牢牢地把握住这一历史契机，加速打开全新的外交格局。
1971年11月30日，新华社受权发表公告宣布：中美两国政府商定，尼克松总统将于1972年2月21日开始对中国访问。从这时起，周恩来直接领导和部署接待尼克松的各项准备工作，包括宣传教育、安全保密、新闻报道等等，他都亲自研究布置，逐一落实。
在中美两国关系史上，第一次美国总统来华访问，是举世瞩目的大事。由于缺乏经验，在接待工作中，稍有疏忽就可能在国际上产生不利影响。周恩来首先明确地规定这次接待工作的基本原则。12月2日，他对参加接待尼克松来华准备工作会议的有关负责人强调说：我们是主权国家，凡事不能触犯我国主权。对尼克松总统的接待，一定要反映出无产阶级的原则、作风和严格的纪律，一切事情有条不紊，实事求是，行不通的就改正，行得通的就认真办好。对外宣传上注意不要夸大，不要过头。经周恩来确定的接待工作的总方针是：“不冷不热，不亢不卑，待之以礼，不强加于人。”
1972年1月初，美国总统国家安全事务副助理黑格率先遣组来华，为尼克松访华进行技术安排。周恩来召集会议进行研究，原则同意美方提出的通过卫星转播尼克松在华活动实况，决定由中国政府出资买下供美方使用的通讯卫星，然后租给美方使用。周恩来说：在主权问题上，我们一点不能让。美方原来说他们自己带通讯设备，不要我们付费。我们说，这不行，我们是主权国家，我们买过来，租给你们用，你们付费。这样一方面维护了我们的主权，另外我们在跟他们使用时总能学到一点技术。
对来自美方的某些观点和提法，周恩来的反应更为敏锐。1月6日，他答复黑格转达的美方口信时指出：美方对中国的“生存能力”表示怀疑，并声称要“维护”中国的“独立”和“生存能力”的说法，令人惊讶。中国认为，任何国家决不能靠外力维护其独立和生存，否则只能成为别人的保护国或殖民地。社会主义的新中国是在不断抗击外来侵略和压迫的斗争中诞生和成长起来的，并一定会继续存在和发展下去。
周恩来这种既坚持原则、又适度灵活的纯熟的外交艺术，使一贯高傲的美方也不得不表示敬佩。
2月中旬，接待尼克松访华的各项准备工作基本就绪。周恩来密切地注视着这方面的宣传工作。19日，他对新华社的一则报道提出批评：你们今天写的尼克松启程来华的消息中，没有摘录他所讲的这样一段话——“当我们展望将来的时候，我们必须认识到中华人民共和国政府同美国政府之间存在巨大的分歧。将来我们之间仍将存在分歧。但是，我们必须做的事情是寻找某种办法使我们可以有分歧而又不成为战争中的敌人。”这段话说得最清楚不过了。为了弥补这则新闻报道的不足，周恩来把这段话中的最后一句，加进了他为尼克松夫妇举行的欢迎宴会的祝酒词里。
2月21日中午，尼克松总统和夫人、美国国务卿罗杰斯、总统助理基辛格等一行乘专机抵达北京。周恩来、叶剑英、李先念、郭沫若、姬鹏飞等到机场迎接美国客人。尼克松走下舷梯，将手伸向周恩来。当两只手握在一起时，全世界都看到了这一历史性的时刻：“一个时代结束了，另一个时代开始了。”周恩来对尼克松说：“你的手伸过世界最辽阔的海洋来和我握手——25年没有交往了啊！”下午，周恩来陪同毛泽东会见尼克松和基辛格。在一个多小时的会谈中，把此次中美高级会晤的“基本方针都讲了”，气氛认真而坦率。
晚上，周恩来在人民大会堂为尼克松总统和夫人举行欢迎宴会。席间，周恩来在祝酒词中说：尼克松总统应邀来访，“使两国领导人有机会直接会晤，谋求两国关系正常化，并就共同关心的问题交换意见，这是符合中美两国人民愿望的积极行动，这在中美两国关系史上是一个创举”。“中美两国的社会制度根本不同，在中美两国政府之间存在着巨大的分歧。但是，这种分歧不应当妨碍中美两国在互相尊重主权和领土完整、互不侵犯、互不干涉内政、平等互利和和平共处五项原则的基础上建立正常的国家关系，更不应该导致战争。”“我们希望，通过双方坦率地交换意见，弄清楚彼此之间的分歧，努力寻找共同点，使我们两国的关系能够有一个新的开始。”
尼克松后来这样回忆他对周恩来的印象：
“周的仪表给人的印象是待人热情，开诚布公，善于自制又显然充满激情。”“周的机敏胜过我所认识的任何一位世界领导人，而且明显地带有中国人性格的特征。”“他知识渊博，逻辑性强，坚毅，是世界上伟大的谈判者。他彬彬有礼，不是大喊大叫，而是用温和而简练的语言表达出坚定的信念——这比拍桌子、强加于人有效得多。我们从事最高级重要会谈的人都知道，理亏的人总要大声嚷嚷，而有理的人却语气温和，无需多说。”
尼克松在华期间，周恩来同他进行了五次会谈，主要就国际形势和双边关系问题交换看法。尼克松在重申美方对处理台湾问题的原则（即只有一个中国、台湾是中国的一部分，不支持、不鼓励“台湾独立”，逐步实现从台湾撤军等）的同时，又强调美方在政治方面仍有“困难”，希望在他第二届任期内完成中美关系正常化。周恩来一针见血地指出：“还是那句话，不愿意丢掉‘老朋友’，其实老朋友已经丢了一大堆了。‘老朋友’有好的，有不好的，应该有选择嘛。”又说：“你们希望和平解放台湾”，“我们只能说争取和平解放台湾。为什么说‘争取’呢？因为这是两方面的事。我们要和平解放，蒋介石不干怎么办？”“我坦率地说，就是希望在你（下届）任期内解决，因为蒋介石已为时不多了。”
由于双方在台湾问题上存在的分歧，直到25日下午，中美联合公报中关于台湾问题的措词仍没有确定下来。这时，美方已在担心，如果公报不能发表，尼克松的访华成果就无法体现。在这种情况下，周恩来告诉美方：反正双方观点已经接近了，我们也报告了毛主席，说已商定要写最后从台湾撤军的问题，但还要设法用双方都能接受的最佳措词表达。基辛格马上表示：我们十分欣赏中方所表现的慷慨和公正的精神。当晚，周恩来出席尼克松总统和夫人举行的答谢宴会。由于公报尚未定稿，不一定能够发表，周恩来在宴会致词中只讲了中美之间的分歧，而没有讲共同点。
2月26日凌晨，双方对中美联合公报的内容基本谈定。经过一番文字推敲和修改后，在27日定稿。28日，中美《联合公报》在上海发表。公报里美方关于台湾问题的措词为：“美国方面声明：美国认识到，在台湾海峡两边的所有中国人都认为只有一个中国，台湾是中国的一部分。美国对这一立场不提出异议。它重申它对由中国人自己和平解决台湾问题的关心。考虑到这一前景，它确认从台湾撤出全部美国武装力量和军事设施的最终目标。”
事后，周恩来详细回顾了《联合公报》的起草过程：
这是中美会谈中争论最多的一段。从北京争到杭州，从杭州争到上海，一直到27日下午3时半才达成协议。这段第一句话是基辛格贡献的，我们挖空心思也没有想出来。这样人民的意见也表达出来了，所以博士还有博士的好处。我们原来提“台湾是中国的一个省”，蒋介石也是这么说的，但美方坚持要改成“一部分”，因为他们国内有人反对。我们同意了，因为“一个省”和“一部分”是一样的。“美国对这一立场不提出异议”一句中的“立场”二字也是美方提出的。争论的一个关键问题是，我们要使他尽可能明确地承认台湾问题是中国人之间的问题。他们提出种种方案，要我们承担和平解放台湾的义务，我们说不行，你这样希望可以。我们要他承担从台湾全部撤军为最终目标。有人问，“美蒋条约”为什么不写上？你写上废除“美蒋条约”，他就要写上保持“美蒋条约”义务，这就不利了。军事设施都撤走了还有什么“条约”？所以抓问题要抓关键性的，有些关键性措词要巧妙，使他们陷于被动，我们处于主动。尼克松上台前17年，我们一直坚持两条原则，一个是在中美两国之间实行和平共处五项原则，一个是美国从台湾和台湾海峡撤军。这就等于取消了“美蒋条约”，让中国人民自己解决台湾问题。尼克松上台以后，情况有变化，时代也在前进。我们如果还是只有原则性，没有灵活性，就不能推动世界的变化。外电评论说，这个公报是个奇特的公报，双方的原则和立场截然不同。关于台湾问题的立场也不同，但也找到一些共同点。前面有11个共同点，台湾问题好像也是个共同点。但台湾问题还没有解决。所以这个文件是过去没有过的，所有外交公报都没有把双方尖锐对立的立场写出来。我们把分歧写出来，在国际上创造了一个风格。
尼克松也深有感触地回忆：会谈中，我们双方都不用外交辞令，不把我们的分歧轻描淡写，一笔带过。相反，我们不避免争论，而是把观点放到桌面上，分清哪些是分歧，哪些是共同点。对一致的地方，双方互相合作，这是和平谈判取得进展的唯一方法。有时候，写在文件上的东西，甚至签署了的文件都是不算数的。只有双方坦诚相见，才能取得真正的谅解。因此，上海公报是真正有历史意义的，是永存的。
这份来之不易的中美《联合公报》的发表，标志着中美关系开始走向正常化。为此，尼克松显得心情格外舒畅。在上海市为他送行的宴会上，他发表即席讲话说，此次访华的一周，是“改变世界的一周”。离开中国前，有点“飘飘然”的尼克松甚至还要国务卿罗杰斯当面邀请周恩来访美。对此，周恩来意味深长地回答：中美目前还没有建交，我这时访美，似有不妥。
此时此刻，周恩来正在考虑尼克松访华后给中国对外关系带来的一系列新的变化和应该采取的对策。