九月十一日，周恩来在北京机场会晤了苏联部长会议主席柯西金。两个大国的总理三个半小时的谈话把中苏关系从战争的边缘上拉了回来。会晤后，两国紧张的关系有所缓和，中苏边界问题的谈判也在北京恢复。苏联勃列日涅夫政府没有放弃对中国的威胁，周恩来召集老帅们进行讨论分析，大家认为苏联会趁我国建国二十年国庆的时候，攻打我们。毛泽东决定在国庆前几天用原子弹试验进行威慑和回击。   

九月二十八日和二十九日，我国分别进行了地下核试验和一次高爆核试验，均取得了成功。美苏通过各种侦查手段注视着罗布泊上空腾起的蘑菇云和地下核试验传来的地震波，也密切地注视着北京，注视着中南海的反应。而毛泽东却对外界秘而不宣，让苏联人很是云里雾里，摸不着底。

此时，经毛泽东批准，陈云、王震和邓小平都被疏散到江西。作为邓小平的老战友和兄长，周恩来放心不下他，亲自过问邓小平到江西后的安排。   

“东风4号”导弹因第二级火箭控制系统的一个程序配电器发生故障，导致二级火箭未能点火而自毁坠落。周恩来召集钱学森等科学家汇报卫星所经过的国家和安全事故问题及万一出事故后的解决方案。十二月，美国驻波兰大使想跟中国使馆人员搭话，说得到华盛顿指示，准备恢复与中国大使馆的联系。一九七○年一月二十日，中美恢复中断了两年的华沙大使级会谈。这年冬天，北京下起了一场瑞雪，毛泽东在中南海开心地赏起了雪景。

经过不懈的努力，克服各种困难，我国终于将“东方红1号”卫星和“长征1号”运载火箭在发射基地进行对接。1970年4月27日，“东方红1号”卫星发射成功，宣告新中国迎来了航天时代的黎明。

美国总统会见前来参加联合国成立二十五周年庆祝活动的巴基斯坦总统叶海亚，并请叶海亚总统向中国领导人传话。十一月十日，周恩来与来访的巴基斯坦总统叶海亚·汗单独会谈，叶海亚转达了尼克松的口信，准备派高级助手来北京。十四日，周恩来让叶海亚捎口信给尼克松，如果美国有解决台湾问题的愿望和办法，中国欢迎美国总统特使来北京商谈。巴基斯坦驻美国大使馆大使希拉里专程找到基辛格，向基辛格转达了来自中国的声音。王进喜去世，周恩来前往医院，向王进喜的遗体告别。

毛泽东做出邀请美国国家乒乓球队访华的决定。根据毛泽东的决策，周恩来精心导演了一幕震动世界的“小球转动大球”的乒乓外交事件。这在中美关系沉重的车轮上，巧妙而有力的推了一把。

尼克松通过巴基斯坦渠道连续向中国发出了3次口信，表示愿意到北京同中国最高领导人进行会晤，可由基辛格先到中国做一次秘密访问。基辛格利用48小时的“养病”时间秘密访问中国。