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。
（三）基辛格秘密访华
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”。
（四）新中国恢复联合国合法席位
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。
