第二天，美國總統布什在白宮緊急召開美國國家安全委員會會議，商討該事件以及中美關係即將麵臨的局勢。布什稱，他對中國政府的反應感到“不安”，要求在“沒有更多幹擾因素”的情況下，與機組人員見麵，並要求中方歸還美軍飛機，但對中國飛行員的失蹤隻字未提。
4月3日，中國國家主席江澤民就此事發表談話稱，美國應停止在中國沿海空域的偵察飛行，這才能防止類似事件的再次發生，才有利於中美關係的發展，並要求美方道歉。然而，美國國務卿鮑威爾拒絕道歉。中美雙方都堅持自己的立場與要求，雙方處於僵持狀態。
4月4日，中國外交部長唐家璿在北京召見美國駐華大使普理赫，再次與美方嚴正交涉。同日，鮑威爾以個人名義致信中國國務院副總理錢其琛，表示了他的“遺憾”。這是中國領導人第一次關注我飛行員的安危。
4月5日，布什就中美撞機事件再次發表評論，對中國飛行員失蹤一事表示“遺憾”。事發5天後，布什第一次對王偉失蹤表態。
4月6日，中方堅持美方應對撞機事件作出正式道歉。
4月7日，中國駐美國大使楊潔箎約見美國國務院副國務卿阿米蒂奇，向他轉交了錢其琛副總理致鮑威爾國務卿的回信。在信中，錢副總理要求美方正視事實，采取積極務實的態度，向中國人民道歉，這對解決問題至關重要。同日，美國再次拒絕向中方道歉的要求。
4月8日，是處理撞機事件的關鍵一天。美國政要在這一天集中表達了強硬態度，鮑威爾威脅說，這一事件正破壞著中美雙邊關係，如果不能迅速解決，中國可能會失去對美國的永久性正常貿易關係。但很快情況又有了轉機，鮑威爾在接受哥倫比亞廣播公司的電視采方時說，美方承認其軍用偵察機在4月1日撞擊事件中“侵犯了”中國領空，並對此表示“抱歉（sorry）”。這是美國高層政要在評論這次事件時，首次使用這個字眼。
4月4日到9日，中國外交部高級官員在這6天時間裏與美駐華大使普理赫進行了9次會晤，在涉及“責任”問題時，雙方又陷入了僵局。
4月9日，鮑威爾終於承認美軍偵察機侵犯中國領空，並對此表示“抱歉”。
4月10日，美國政府的立場也出現了鬆動，布什在內閣會議上談到中美撞機事件時說，“時間拖得越長，中美關係就越可能受損”，同時他又表示這並不會影響他同年10月的訪華計劃。
4月11日下午5時30分，美國駐華大使普理赫向中國外交部部長唐家璿遞交了致歉信。美方在信中表示：“布什總統和鮑威爾國務卿對中方飛行員失蹤和飛機墜毀都已表示了真誠的遺憾。請問中國人民和飛行員王偉的家屬轉達，我們對飛行員王偉的失蹤和那架飛機的墜毀深表歉意。”美方還對其飛機“未經口頭許可而進入中國領空並降落深表歉意。”據報道，這一信函是美國政府的第五稿，前四封均被中國政府拒絕。唐外長表示中方理解美方盼望機給人員早日回國與家人團聚的急切心情，鑒於美國政府已經向中國人民致歉，出於人道主義的考慮，中國政府決定允許美人員離境。
4月12日清晨5時55分，美飛機到達我海南海口美蘭機場。早7時30分，美飛機載著24名美機組人員回國。
5月24日，中國外交部新聞發言人宣布，中國允許美國將EP-3拆解後運回美國。
應該說，撞機事件後，我們麵臨有幾種選擇：一是人機都不放；二是人機同時放；三是先放人，後放機。選擇哪種處理方式就涉及領導層的沉穩度。最後，中方選擇了第三種方案。事件的處理分為兩個階段：
第一階段，釋放美機組人員。
中央在4月2日就確定了人機分離的原則。這主要是因為：第一，如果此時把美機組24個人扣在中國時間太長，會引起美國民眾的強烈反感；第二，美國的複活節（4月20日）即將來臨，這在美國是一個很重要的節日，如果到那時美機組人員還不能與其家人團聚，也會造成美國的普通民眾對我國的反感，對我國的外交鬥爭會造成不良的影響。
按照江澤民主席作出的“道歉放人”的原則，經過多次交涉，在4月11日下午5時30分，美國駐華大使普理赫向中國外交部部長唐家璿遞交了致歉信後，中國政府決定允許美機組人員離境，12月24日名人員搭乘美飛機回國。
第二階段，美偵察機回國問題的處理。