1971年春，根据毛泽东决策、周恩来具体实施开展的“乒乓外交”，打开了中美两国彼此紧闭了二十多年的交往大门，由此“小球”转动了“大球”，在全世界引起了巨大反响。同年4月21日，周恩来转达给美国政府一个口信，表示愿意接待美国特使基辛格博士或美国国务卿乃至美国总统尼克松本人来北京会谈。5月中旬，尼克松答复中国方面，他本人准备在北京同中国领导人直接会谈，并建议由其国家安全事务特别助理基辛格同周恩来、或同另一位适当的中国高级官员举行一次秘密的预备会议，磋商美中两国领导人会晤的具体事宜。6月2日，美国白宫接到中国方面同意尼克松建议的答复，尼克松称此为“第二次世界大战后美国总统收到的最重要的信件”。随即，美方将基辛格首次来华之行定为“波罗行动”，以13世纪意大利旅行家马可·波罗来中国“探险”之举与之比拟。为准备中美之间谈判，周恩来曾多次主持有关会议，透彻分析国际形势和美国情况，反复讨论会谈方案。基辛格来华前夕，尼克松在美国堪萨斯城发表演讲，阐述“世界五大力量中心”之说，认为中国是美国潜在的竞争者，美国必须采取步骤结束与中国大陆隔绝的状态。周恩来十分重视这篇讲话，当即要外交部印送有关人员参考，并以此来分析美方的战略意图。经过反复分析研究，周恩来认为：美国在二次大战后地位下降，目前它最急于要解决的是印支问题，而要解决印支问题，就要同中国打开关系，以改善其被动地位；作为中国来说，利用这一时机打开中美关系，将有利于反对扩张主义和霸权主义的斗争，有利于维护亚洲和世界和平，有利于中国的安全和争取祖国和平统一大业。

基于这种分析，周恩来主持制定了同美方会谈的方针，有针对性地作出部署。强调要原则坚定，策略灵活，在重大问题上旗帜鲜明地表明立场，同时也要提出解决问题的合理办法，争取谈判取得一些成果。

1971年7月9日至11日，基辛格一行秘密来华，周恩来同基辛格举行了多次会谈，主要是谈了台湾问题。周恩来从台湾问题是中美关系中的原则问题和正确解决这个问题是中美关系正常化的前提出发，坚持美方必须承认台湾是中国的一个省，台湾问题是中国的内政，因而不容外人干涉，美国必须确定撤走驻台美军的期限，必须废除美蒋共同防御条约。这样，中国方面从一开始就明确提出了断交、撤军、废约三个原则问题。对此，美方虽未完全接受中方的观点，但其态度已较过去有了明显改变，双方达成尼克松访华的协议。7月16日，中美双方发表会谈公告，宣布应周恩来邀请尼克松访华一事。公告的发表，引起全世界震动。(www.daowen.com)

1972年2月21日至28日，美国总统尼克松和夫人、美国国务卿罗杰斯和基辛格等应邀来华访问。2月21日，毛泽东、周恩来在北京会见了尼克松，双方就中美关系和国际局势等问题广泛而坦率地交换了意见。中美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，是中美两国关系史上的一个创举。尼克松一行在北京、杭州、上海等地访问过程中，周恩来和尼克松、姬鹏飞和罗杰斯，继续就中美两国关系正常化和双方关心的其他问题进行了多次会谈。由于双方立场、观点差异很大，在许多问题上出现激烈交锋，对此，周恩来既表现出高度的原则性，又显示了必要的灵活性。2月27日，中美双方在上海达成中美联合公报的协议。2月28日，中美联合公报发表。《联合公报》说：中美两国的社会制度和对外政策有着本质的区别。但是双方同意，各国不论社会制度如何，都应根据尊重各国主权和领土完整、不侵犯别国、不干涉别国内政、平等互利、和平共处的原则来处理国与国之间的关系。国际争端应在此基础上予以解决，而不诉诸武力和武力威胁。美国和中华人民共和国准备在他们的相互关系中实行这些原则。中国方面重申自己的立场：台湾问题是阻碍中美两国关系正常化的关键问题；中华人民共和国政府是中国的唯一合法政府；台湾是中国的一个省，早已归还祖国；解放台湾是中国的内政，别国无权干涉；全部美军和军事设施必须从台湾撤走。中国政府坚决反对以任何旨在制造“一中一台”、“一个中国、两个政府”、“两个中国”、“台湾独立”和鼓吹“台湾地位未定”的活动。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。根据周恩来提议而摆明双方分歧的这种公报，在国际外交史上是前所未有的，它体现出周恩来为推进中美两国关系正常化而付出的巨大智慧和心血。中美联合公报的发表，标志着在中美两国领导人共同努力下，中美两国关系开始走向正常化。