阿尔巴尼亚等十八国致函联合国秘书长吴丹，要求恢复中国在联合国的合法席位。八月二日，美国国务卿罗杰斯发表声明，支持中国取得联合国席位，但又反对驱逐蒋介石政府。毛泽东坚决反对美国制造两个中国的主张。八月二十日，中国政府发表申明，批驳美国政府制造两个中国的图谋。九月十二日夜，周恩来在人民大会堂主持讨论四届人大政府工作报告草稿，会议期间，林立衡报告称林彪欲出逃，周恩来当即指示北戴河警卫部队密切注意动向。

经过了几次焦灼的谈判之后，中美双方就公报草案达成了初步协议。在此期间，毛泽东看穿美国企图利用中国恢复联合国席位的时机，来制造两个中国的局面，坚决表示绝不上美国的贼船，延缓重进联合国的时间。

十一月八日晚，毛泽东同周恩来召见中国出席联大代表团的乔冠华、熊向晖等人，并就中国在联大会议上发言稿的起草要求做出了精心的指示。十一月十五日，中国代表出席联大第26次会议，乔冠华发表了震撼全世界的演讲，联合国大厦内响起了雷震般的掌声，这一天也成为联合国历史上的中国日，并永载史册。十二月，周恩来到医院看望陈毅，这也是他们两人见的最后一面。一九七二年一月三日，基辛格的副手——美国总统国家安全事务副助理黑格准率领先遣小组抵京，为尼克松及其访华的大队人马进行电视转播等技术做好相关安排。

斯诺病重，周恩来特地派出以马海德为首的医疗小组，飞赴瑞士为斯诺治病，周恩来又派人赴瑞士探望斯诺。斯诺病逝后，周恩来致电斯诺夫人，对斯诺的逝世表示哀悼。斯诺逝世后62小时，尼克松开始了他的“中国之旅”。

尼克松到达北京，周恩来亲自到机场迎接尼克松。当天下午，毛泽东在中南海会见了尼克松。会谈中，毛泽东与尼克松避开具体细节问题，反而就哲学问题的观点展开讨论，原定15分钟的讨论延长了近一个小时。

七月十六日，周恩来与中日友好协会会长廖承志一起会见了日本社会党副委员长佐佐木，发出了对田中角荣首相访问北京的邀请。九月二十五日上午，周恩来亲自到机场迎接日本内阁总理田中角荣访华。田中角荣与周恩来握手的一刹那，深深地低下了头，他以首相的身份代表自己的民族表示了八年侵华的悔过之意。二十七日，毛泽东会见田中角荣，进行友好交谈。二十九日，周恩来和田中在《中日联合声明》上签字，宣布两国从即日起实现邦交正常化。中日邦交正常化，在周恩来几十年的努力下，终于实现了。