在此期間，蘇方曾不斷地向中方談到現代海軍艦艇的發展趨向和蘇聯試製新型艦艇的情況，建議中方向蘇方訂購新的海軍設備。考慮到蘇方的這些意見，周恩來總理於1958年6月28日寫信給蘇聯部長會議主席赫魯曉夫，希望蘇聯在中國海軍建設方麵給予新的技術援助。
正是在這個時候，蘇聯駐中國大使尤金在1958年7月21日要求緊急會見毛澤東，說有重要的事情要向毛主席回報。毛澤東覺得事情既然這麼緊急，同意馬上見他。當晚，毛澤東在中南海遊泳池旁邊接見了他。這遊泳池在民國年間就已經存在，原是一個露天遊泳池，長50米，寬25米，南深北淺。在深水區一邊，還有10米跳台和3米跳板。池子東邊，搭有遮陽的布篷，散放著幾把藤椅，是供遊泳的人休息的。池子的西邊是看台，看台四周擺了些花紅似火的盆栽石榴，更衣室也在這邊。當天，陪同會見的有劉少奇、周恩來、朱德、陳雲、鄧小平、彭德懷、陳毅、王稼祥等。
尤金對毛澤東說，他受蘇共中央主席團的委托，向毛主席回報四個問題：1.中東事件。尤金說，蘇聯決定不參加中東戰爭。毛澤東說，我們也不讚成參與。2.南斯拉夫問題。尤金說，蘇共中央認為，對南斯拉夫的修正主義要繼續批判，不能停止。毛澤東說，我們對南共聯盟應該采取又鬥爭又團結的方針。3.關於中國政府請求蘇聯幫助加強海軍和海岸防禦的問題。尤金說，蘇聯艦隊到大西洋、太平洋活動很不方便，海上通道都控製在西方國家手裏，中國海岸線長，可以四通八達。赫魯曉夫希望中國考慮同蘇聯建立一個共同艦隊。說到這裏，毛澤東詫異地問：啊！是不是要搞“合作社”？我們原想叫你們幫助我們建設海軍，沒有想過跟你們一起搞“合作社”，搞什麼共同艦隊。是不是隻有搞“合作社”你們才幹，不搞“合作社”你們就不幹了呢？
尤金沒有回答毛澤東的問題，而是強調，赫魯曉夫特別囑咐他，要中國考慮建立中蘇共同核潛艇艦隊的問題。
接著他談第四個問題，蘇聯國內情況。
尤金談完後，毛澤東抓住第三個問題不放。他問尤金，照你們的意思是不是隻能搞“合作社”？首先要把這個問題搞明確。我們原來設想是請你們幫助我們建設海軍，是不是你們認為隻能搞共同艦隊，否則就不幫我們？也就是說，你們強迫我們搞“合作社”，是不是這樣？
尤金說，他感覺到是這麼個問題。這隻是提議，這需要兩國共同商定。你們可以派人到莫斯科去談。赫魯曉夫建議周恩來和彭德懷去談這件事情。
毛澤東說，先把這個問題搞清楚，然後再考慮去人的問題。你們不同意幫助我們，我們就不搞。這個問題暫時不定，因為你也談不清楚。究竟是不是辦“合作社”？是不是你們要強迫我們搞共同艦隊？是不是蘇聯指揮這個艦隊？尤金支支吾吾，說不清楚。
7月22日，毛澤東又約尤金在中南海遊泳池談話。參加談話的，除上一次參加的以外，又增加了林彪。
毛澤東說，中蘇之間沒有什麼緊張局勢，我們九個指頭是一致的，隻有一個指頭不一致。昨天你提出的問題，我可能有誤會，也可能是正確的。看來，要你們幫我們搞核潛艇的請求，可以撤銷。今天早上我們政治局討論了這個問題，決定撤銷這個請求，不要求你們幫助我們建設核潛艇。我們中央過去寫信請求你們幫助，是要加強海軍建設，加強海岸防衛，也提出過建設核潛艇，但是沒有提出過要建設核潛艇艦隊，更沒有提出過要建設中蘇兩國共同的核潛艇艦隊。你們蘇聯人大概覺得中國人沒有經驗，不可信，毛手毛腳，所以要搞合營，要搞共同艦隊。如果要搞合營，索性一切都合營，索性我們把全部海岸都交給你們，我們去搞遊擊隊好了。看來你們是想控製我們。
毛澤東說，斯大林過去看不起中國人，去年莫斯科會議，我們感覺到赫魯曉夫能夠跟我們平等相待。我當時說過，這種方針是好的。但是你們現在又來了，又要搞共同艦隊了，又要恢複“合作社”了，又要搞斯大林那一套了。所以我們決定現在不搞，撤回請求。要麼我們就把全部海岸都交給你們，你們不僅占領旅大，還要加以擴大。不過，老實對你們說，你們這樣搞，我們隻好自己搞艦隊了。如果你們說這是民族主義，那麼我們就可以說，你們把俄羅斯民族主義擴大到中國來了。
毛澤東對尤金說，你這次談過來談過去都說不清楚，或者是我到莫斯科去跟赫魯曉夫談，或者是請赫魯曉夫到北京來跟我們談。
尤金再三辯解說，赫魯曉夫沒有談到艦隊歸誰指揮，也沒有談到在中國建立基地，隻是想把這個問題提出來，跟中國同誌研究具體的措施，沒有別的意思。
毛澤東說，我們是要搞潛水艇的，如果蘇聯要提條件，一個條件也不行，半個條件也不行。請你把這個意見告訴赫魯曉夫，不要怕我的意見太尖銳。如果赫魯曉夫不同意，他就不必來。
尤金說，這是誤會。
毛澤東說，那不一定。你把我們的意見如實報告赫魯曉夫，是我去還是他來。
這次談話進行了5個小時，氣氛十分緊張。尤金滿頭大汗，再三解釋，說話顛三倒四，說不清赫魯曉夫是不是要搞共同艦隊，一會兒說是，一會兒說不是。
毛澤東最後說，我要跟赫魯曉夫直接談，要麼我到莫斯科去，要麼他到北京來。不久前我才去過莫斯科，那麼，按常理，這次應該是他來。如果他不願意來，我也可以到莫斯科去。
現在，赫魯曉夫來了，毛澤東沒有和赫魯曉夫同車，車隊進了中南海，毛澤東陪赫魯曉夫走進頤年堂。中方隻有鄧小平和楊尚昆參加會談。劉少奇、周恩來等迎接過赫魯曉夫便回去了。蘇方隻有波諾馬廖夫和費德林參加會談。
毛澤東問候赫魯曉夫：一路上還好吧？
赫魯曉夫點點頭：還好。你健康吧？
毛澤東說，自我感覺良好。稍停，毛澤東又說：尤金向我講了，你們有那麼個意思，但說不清究竟你們是出於什麼考慮。所以我想聽聽你的想法。你自己來了，這很好，我們歡迎。我們一起談談好。
赫魯曉夫首先埋怨尤金，說尤金可能沒有聽明白蘇聯領導人的意思。他大講過去斯大林怎樣跟中國搞合營公司，講他們內部對建設海軍有各種各樣的意見，究竟是建大型的還是小型的，都沒有取得一致意見。他滔滔不絕地講了很久。
毛澤東很不耐煩，他抬手做個打住的手勢，坦率地對他說，你講了半天，還沒有說到正題上。
赫魯曉夫又對海軍建設究竟是主要搞潛水艇、魚雷快艇，還是搞大型巡洋艦，或者是搞發射導彈的飛機等問題談了一大套。
毛澤東又打斷他的話，鄭重地對他說，你還是沒有說清楚，究竟你們要搞什麼。我問你，什麼叫共同艦隊？你們大使尤金同我們談話，講的都是共同艦隊問題。他還說你們的黑海不行，波羅的海沒有出路，北海太窄了，海參崴也有危險。總而言之，你們很難搞大的遠洋艦隊。
赫魯曉夫解釋說，這些話我說過。黑海和波羅的海不需要搞大的潛艇艦隊，因為在海岸上就可以用炮火控製海麵。摩爾曼斯克離美國又太遠，中間要經過格陵蘭和英國，我們的潛艇艦隊進入大西洋會被他們發現。海參崴好一些，有千島群島掩護，但敵人也可以利用千島群島監視我們、打擊我們。中國海岸線長，麵對太平洋，一旦戰爭爆發，用潛艇艦隊打擊美國比較方便。他說，可以在中國的一條大河岸邊，比如說在黃河岸邊，可以建立一個製造潛水艇的大工廠，大量生產潛水艇。這就是我們想談的問題。
毛澤東反駁說，你們大使尤金就說要在中國搞共同的核潛艇艦隊。
赫魯曉夫辯解說，尤金說的不對，我們沒有搞共同艦隊的意思，是中國政府給蘇聯的信裏提出要搞核潛艇艦隊問題的。
毛澤東說，不對，我們隻要求你們幫助我們建設核潛艇，並沒有說要你們幫助我們建設核潛艇艦隊，更沒有說要搞中蘇兩國的共同艦隊。
赫魯曉夫趕忙否認說，我也從來沒有這樣講過。
毛澤東說，有記錄為證。尤金上次談話是有記錄的，記錄就在這裏。毛澤東拿記錄給赫魯曉夫看。毛澤東接著說，你看是不是這樣寫的？尤金還說你建議搞共同艦隊，還說吸收越南參加，這個對不對？
赫魯曉夫說，關於吸收越南參加，倒是有這樣的想法，那是講戰爭打起來的時候。
毛澤東說，戰爭時期那是另外一回事，尤金說的不是戰爭時期，而是說要搞共同艦隊，就是你們要搞斯大林過去搞的那種“合作社”。你赫魯曉夫1954年取消了這些“合作社”，怎麼現在又提出這個問題，又要搞“合作社”呢？
赫魯曉夫辯解說，尤金是個好同誌，但是他聽錯了我的話，誤解了我的意思。我也有責任，因為我談的時候，可能沒有交代清楚，所以經過他的轉達，事情就搞得不對頭了。
他接著又說，中國同誌說我們要搞共同艦隊，要把俄羅斯的民族主義搞到中國來，我聽了很傷心，覺得中國同誌不相信我們，對我們的政策了解不對，這觸犯了我們的自尊心。
毛澤東非常生氣地說，什麼？觸犯了你們的自尊心？是誰觸犯了誰的自尊心？你們提出搞共同艦隊，正是觸犯了我們的自尊心。
赫魯曉夫有點火兒地說，我沒有想到你們會這樣粗暴地理解我們。
毛澤東更生氣了：誰粗暴？是你派的代表尤金在北京向我們三次提出要搞共同艦隊。當時我們理解，你們就是要搞共同艦隊，否則就不給援助。我們說，我們一萬年不建設海軍也沒有關係，你要搞共同艦隊我們就不幹。我們可以搞分工，你們去搞核潛艇艦隊，我們去打遊擊戰。
赫魯曉夫說，現代戰爭條件下打遊擊戰不行。
毛澤東說，不行也沒有辦法。我們沒有核潛艇艦隊，將來索性把海岸都交給你們，你們去打好了。
鄧小平插話說，尤金提的就是共同艦隊。毛主席提出是不是搞“合作社”，這說中了要害。你還說很傷心，傷什麼心呀！
毛澤東說，尤金三次都說搞共同艦隊。我們中央商量以後，提出幾個方案：第一個方案，你們幫助我們建設海軍。第二個方案，共同建設共同艦隊，因為不共同建設你們就不援助。第三個方案，我們撤回我們要你們幫助建設海軍的請求。因為我們不同意搞“合作社”你們就不幫助，所以我們不建設海軍了，不搞艦隊了，不要核潛艇了。第四個方案，把中國所有的海岸都交給你們。斯大林過去在旅大這樣搞過，你們想擴大，那就擴大吧。你赫魯曉夫是不是再來搞斯大林那一套？
赫魯曉夫趕忙說，我們從來沒有提過，沒有要搞共同艦隊的想法，永遠也不會再提這個問題。
毛澤東說，你說的是永遠不提，那好，把你的話記錄下來。
赫魯曉夫辯解說，這是誤會，是尤金在一定程度上錯誤地轉達我們的立場。
毛澤東說，那好吧，這個問題就這樣定下來，我們不搞共同艦隊。我們隻要求你們幫助中國建設海軍，你們不幫助也可以。
赫魯曉夫想了想，又建議：毛澤東同誌，我們能不能達成某種協議，讓我們的潛水艇在你們的國家有個基地，以便加油、修理、短期停留，等等？
毛澤東斷然拒絕，把手從裏向外一推：不行！我不想再聽到這種事！
赫魯曉夫微露憤懣：毛澤東同誌，北大西洋公約組織國家在互相合作和供應方麵沒有什麼麻煩，可是我們這裏竟連這樣的一件事情都達不成協議！赫魯曉夫的眼睛眯細成一條線，目光像被聚光之後那樣凝成犀利的一束。
毛澤東反而坦然了，甚至輕鬆地吸起了香煙。他斷然地說：不能！
赫魯曉夫已經不再眯眼，表情回複了平和，忽然一笑：為了合情理，假如你願意的話，毛澤東同誌，你們的潛艇也可以使用我們的摩爾曼斯克做基地。
毛澤東淡淡一笑，慢條斯理地說：不要！我們不想去你們的摩爾曼斯克，不想在那裏搞什麼名堂，也不希望你們來我們這兒搞什麼名堂。
毛澤東繼續說：英國人、日本人，還有別的許多外國人已經在我們國土上呆了很久，被我們趕走了。赫魯曉夫同誌，最後再說一遍：我們再也不想讓任何人利用我們的國土來達到他們自己的目的。
赫魯曉夫不再抱任何希望，他的眼睛睜開了，緩解一下氣氛說：不同意就不同意吧，我們不提這個建議了。
在會談中，赫魯曉夫又提出長波電台問題。毛澤東說，長波電台的問題好辦，就是我們建，我們有，你們可以用。馬林諾夫斯基兩次來電報，都說共同建、共同用。其實就是你們使用，我們還沒有條件使用這個東西。
赫魯曉夫推托說，他不知道馬林諾夫斯基的來電，但是蘇聯可以出錢。
毛澤東說，不，不需要蘇聯出錢。中國自己搞，不要蘇聯出錢。如果你們要出錢，我們就不搞。
赫魯曉夫說，那我們同意中國的這個決定，你們建，你們有，我們可以使用，共同使用。
接著，赫魯曉夫又提出顧問的問題。赫魯曉夫說，蘇聯準備把在中國的顧問全部撤回去。
毛澤東說，蘇聯顧問大部分是好的，隻有極少數，個別的人有一些毛病。你們的人就是我們的人，都是共產黨員。我們對個別人有意見，過去沒敢說，也不適合說，去年才講了這個問題，因為去年大家更加互相了解了。但是，我們的意思還是把這些顧問作為專家留下來，個別表現不好的，我們提出名單，請你們調換。
毛澤東說，關於“合作社”的問題這次談清楚了，這個問題算是解決了。如果將來一旦發生戰爭，那個時候一定要互相配合，要搞“合作社”，這是將來發生戰爭時的事情。現在我們不搞共同艦隊，不再搞“合作社”。
8月1日，毛澤東與赫魯曉夫在中南海遊泳池旁邊舉行會談。中方參加會談的有：劉少奇、周恩來、朱德、陳雲、林彪、鄧小平、彭德懷、陳毅、王稼祥、黃克誠、楊尚昆、胡喬木。蘇方參加會談的有：馬林諾夫斯基、波諾馬廖夫、杜庫利佐夫、庫茲涅佐夫、安東諾夫、費德林。
這次會談主要是談國際形勢，談到黎巴嫩，談到戴高樂。對國際形勢的看法，雙方分歧不是很大，因而氣氛比較融洽。不過還是有爭論。
赫魯曉夫對中共就蘇共二十大批判斯大林所做的反映不滿，說：你們為什麼往我們後院拋石頭？
毛澤東微笑著，平心靜氣而又堅定地說：我們不是拋石頭，是拋金子。
赫魯曉夫同樣堅定地說：別人的金子我們是不要的！
毛澤東仍然麵帶微笑，平心靜氣地說：不是你要不要別人的金子的問題，是我們要助你們一臂之力！
赫魯曉夫沒話說了。近幾年來，中國確實給赫魯曉夫“助一臂之力”了。
赫魯曉夫借談中國國內形勢之機，將話鋒一轉說，對亞洲，對東南亞，應該說你們比我們清楚。我們對歐洲比較清楚。如果分工，我們隻能多考慮考慮歐洲的事情，你們可以多考慮考慮亞洲的事情。
毛澤東作個手勢說，這樣分工不行，各國有各國的實際情況。有些事情你們比我們熟悉一些，但各國的事情主要還是靠本國人民去解決，每個國家都有各自的實際情況，別的國家不好去幹涉。他提醒赫魯曉夫不要搞什麼劃分勢力範圍的事情。
會談結束，毛澤東請赫魯曉夫遊泳。赫魯曉夫是手腳亂刨，還幾乎沉入水底，而毛澤東則是從容自如，一會兒蛙泳，一會兒側泳，一會兒仰臥水麵，一會兒直立水中，二人形成鮮明對比。
8月2日，會談地點改在頤年堂，參加會談的人基本上一樣。這次會談主要也是交換對國際問題的看法。他們談到了對北大西洋公約、馬尼拉條約和巴格達條約這三個組織的看法，談到了爭取更長時間的和平問題，談到緊張對誰有利問題等。
8月3日，會談在勤政殿進行。主要談中蘇聯合公報問題。這個聯合公報經中蘇雙方簽字後發表。公報說，兩黨對目前國際形勢下所麵臨的亞洲、歐洲方麵一係列重大問題充分地交換了意見，並且就反對侵略和維護和平所要采取的措施達成了完全一致的協議。雙方決定繼續全力發展兩國之間的全麵合作，進一步加強社會主義陣營的團結，進一步加強愛好和平國家和人民的團結，並且對所討論的問題達成了完全一致的協議。
8月3日，赫魯曉夫一行離京回莫斯科。毛澤東雖然到機場為赫魯曉夫送行，但是沒有同車。送行時也沒有搞什麼儀式，毛澤東也沒有同赫魯曉夫擁抱。
赫魯曉夫前腳剛走，美國和國民黨反動派就在台灣海峽製造緊張局勢。中共中央政治局擴大會議決定：要在金門、馬祖地區給國民黨反動派一個懲罰性的打擊，炮轟金門和馬祖。8月23日，中國人解放軍開始炮轟金門，一個小時就打了幾萬發炮彈。9月4日，中國政府發表聲明，宣布中國的領海為12海裏，宣布金門、馬祖是中國的內海島嶼。9月5日晚，周總理約見蘇聯駐華使館參讚蘇達利柯夫，向他說明中國在台灣問題上的方針：我們不是要解放台灣，而是懲罰國民黨在我們沿海騷擾。我們這樣做的目的是阻止美國搞兩個中國。如果美國要發動戰爭，中國全部承擔起來，絕不連累蘇聯。9月6日，葛羅米柯奉命秘密抵京。周恩來和毛澤東先後對他闡明了中國在台灣問題上的方針和鬥爭策略。毛澤東說，我們炮打金門，不是要打台灣，也不是要登陸金門、馬祖，而是要調動美國人。我們宣布12海裏的目的有兩個：一個是要警告美國海軍和空軍不得入內。另一個目的也是告訴美國人，它隻要不越過這個界限，我們就不打它。當然我們也沒有說，如果它越過了，我們就一定馬上打它，我們可以警告。盡管這樣，我們對美國打仗還得有準備。但是，我們的方針不是跟它硬碰硬。我們的方針是我們自己來承擔這個戰爭的全部責任。我們跟美國周旋，我們不要你們參加這個戰爭。我們不同於國民黨，我們不會拖蘇聯下水。當然這個問題不是當前的問題。葛羅米柯說，我個人認為，你們這樣做是對的，我個人是讚成的。我回去一定把毛主席所談的中國的想法、中國的打算，原原本本地報告蘇共中央主席團，報告赫魯曉夫同誌。他還說，赫魯曉夫同誌準備給艾森豪威爾總統的信，對美國政府提出警告。我認為這封信對美國會起到清醒劑的作用，像洗一盆冷水澡那樣。毛澤東說，美國早該洗澡了，天氣太熱了。7日，葛羅米柯飛回莫斯科，赫魯曉夫摸到中國的底牌以後，發信給艾森豪威爾，宣布對中華人民共和國的侵略也就是對蘇聯的侵略，蘇聯也一定要援助中華人民共和國保衛領土主權的完整。同時，蘇聯向中國提出，他們要派導彈部隊，後來又提出改派空軍部隊，“支援”中國，這些部隊駐紮在福建前線地區，歸蘇聯指揮。這個建議理所當然地被中國拒絕了。
十年大慶
1959年10月1日，是中華人民共和國成立10周年紀念日。9月30日，赫魯曉夫帶著美國總統艾森豪威爾的委托，懷著對中國共產黨的不滿，匆匆趕到北京來。代表團成員蘇共中央主席團委員、蘇共中央書記蘇斯洛夫已率團先期到達這裏。
赫魯曉夫這次訪華距他上次訪華剛好一年零一個月。在這一年的時間裏，中蘇關係正在悄悄發生著深刻的變化。這時的赫魯曉夫覺得自己的地位已經穩固，不再需要中國的支持，而中國的日益強大倒是對自己的威脅。本想控製中國，但也沒有達到目的。於是他決定聯合美國對付中國，並不斷指責中國，給中國顏色看。
莫斯科會議以後，以毛澤東為核心的中國共產黨領袖們集中精力考慮如何加快中國社會主義建設特別是經濟建設的步伐，爭取用15年或者更多一點的時間趕上和超過英國。中國出現了“大躍進”和人民公社運動。赫魯曉夫先後於1958年12月1日會見美國參議員漢弗萊時、1959年1月在蘇共二十一大的報告中不指名地影射攻擊中國內政，開創了一個黨不指名攻擊另一個黨的惡劣先例。
1959年6月20日，蘇共中央致函中共中央，通知蘇聯停止供應中國原子彈樣品和生產原子彈的技術資料。這是蘇聯單方麵撕毀中蘇兩國1957年10月簽訂的協定。蘇聯幫助中國製造原子彈一事，是1957年夏天蘇聯主動提出來的，中蘇雙方於1957年10月15日為此簽訂了協定。協定簽訂了以後，中國即開始進行為研製原子彈所必需的巨大工程建設。中國集中了大批專家進行研製工作，花了很大的力量、很大的投資。可是，不到兩年時間，蘇聯竟然提出廢除這個協議。
1959年9月9日，蘇聯塔斯社發表指責中國、偏袒印度的關於中印邊境衝突的聲明。自從1959年3月達賴集團發動叛亂以來，印度一部分人就趁機大肆攻擊中國，支持所謂“西藏獨立”，支持達賴集團的分裂祖國的活動，而且力圖把這一事件擴大化、複雜化。3月22日，印度總理尼赫魯借機提出中印邊界問題，要中國全麵接受印度無理的領土要求，特別是接受非法的“麥克馬洪線”。印度政府下令印度軍隊進駐有爭議的中印邊境地區，甚至進入到過去印度官方文件也承認屬於中國的地區，進行騷擾，建立哨所。8月25日，印軍哨所向中國軍隊開槍，中國軍隊被迫還擊，造成印度士兵一死一傷。9月6日，中國外交部召見蘇聯駐華使館臨時代辦，向他介紹了中印邊境衝突的情況，明白地告訴他：這次衝突是印度挑起的。中國政府將要發布文件和材料，說明中印邊境這次衝突的真相和中印邊界狀況。9月9日，蘇聯駐華使館臨時代辦給中國外交部送來一份塔斯社聲明，並說將要在9月10日發表。中國外交部當即告訴他：中國政府對中印邊界問題的意見已經在幾天前告訴蘇方，因此我們希望蘇聯方麵對中印邊界問題最好不要發表任何評論，塔斯社這個聲明也不要發表。9月9日下午，新華社廣播周總理給尼赫魯的信以後，中國外交部又約見蘇臨時代辦，通知他周總理的信已經發表，並正式代表中國政府要求蘇聯政府考慮中國政府的立場，停止發表塔斯社聲明。但蘇聯政府不聽中國的勸告，把原來準備9月10日發表的塔斯社聲明，提前在9月9日晚上發表了。聲明對中印邊境發生的事件表示“遺憾”，說中印邊境的衝突是“那些企圖阻礙國際局勢緩和的人搞的”。說這件事情“使蘇聯部長會議主席赫魯曉夫同誌和美國總統艾森豪威爾互相訪問前夕的局勢複雜起來”。這樣，蘇聯就把中蘇之間的分歧公開暴露在全世界麵前。
正是在這樣的背景下，赫魯曉夫於1959年9月15日-28日訪問了美國。他在美國各地訪問參觀，9月25日-27日前往美國總統休假地，同美國總統艾森豪威爾會談。會談後發表的公報稱，艾森豪威爾和赫魯曉夫主要是討論了全麵裁軍問題，另外也討論了德國問題、對德和約問題、柏林問題，以及兩國關係等一係列問題。會談沒有達成什麼具體協議。從艾森豪威爾和美國國務卿赫特事後的談話看，他們討論過中國問題。
赫魯曉夫28日離開美國返回莫斯科，第二天就飛到北京，參加中華人民共和國十年大慶。他到北京的當天晚上，就在慶祝中華人民共和國成立10周年的招待會上發表了長達6000字的講話。他趾高氣揚，滔滔不絕，教訓中國。他在談到社會主義力量空前強大之後，有所指地說：這當然絕不是說，既然我們這麼強大就應該用武力去試探資本主義製度的穩定性，這是不正確的。因為人民絕不會理解，也絕不會支持想這樣幹的人。赫魯曉夫對中國1958年夏天炮打金門事件和1959年8月中印邊境衝突事件耿耿於懷，好像中國要挑起戰爭。
10月1日，赫魯曉夫登上天安門，觀看了中國國慶10周年的遊行、閱兵活動，參加了晚上在天安門廣場舉行的焰火聯歡晚會。毛澤東在天安門城樓上正式會見了他。赫魯曉夫有些興奮地講他在美國的所見所聞，說美國人生活怎樣富裕，艾森豪威爾怎樣希望和平。他還先後對陪同他活動的彭真和陳毅講他的訪美見聞，特別是講到戴維營去的情景，講艾森豪威爾如何熱情接待他，並帶他去看自己的農場。他講得眉飛色舞，津津有味。
10月2日，中蘇兩黨在中南海頤年堂舉行正式會談。中方毛澤東、劉少奇、周恩來、朱德、陳雲、林彪、彭真、陳毅、王稼祥參加了會談。蘇方參加會談的有蘇聯代表團全體成員和蘇聯駐華使館臨時代辦安東諾夫。
會談一開始，赫魯曉夫就談他訪美的情況。他表示，這次訪美雖然沒有達成什麼協議，但還是比較滿意的。他說艾森豪威爾的確需要和平。他所到之處受到很熱烈的歡迎，一位農場主送他三頭良種牛，有位資本家還送他一盤古銀幣。他說，美國差不多每個家庭都有汽車，一家都有幾間房子，住的很好，吃的也很好，生活水平很高。他說，我們跟美國隻能在經濟上搞競賽，搞和平競賽，不能用武力來“試試它的穩定性”。
毛澤東客氣地回答說，我們讚成你訪美，讚成你跟艾森豪威爾會晤。我們讚成同美國搞和平共處。
美國究竟怎麼樣，不能看表麵，應該要看美帝國主義的本質。艾森豪威爾有階級局限性，很難說他真正愛好和平。
赫魯曉夫說，中國和美國的關係還是要搞好，希望中國主動采取一些步驟來改善同美國的關係。他說，你們去年對金門打炮不是辦法。台灣現在也不能解放，索性像蘇聯過去內戰時期對遠東共和國那樣處理。列寧曾同意成立遠東共和國，為的是緩和日本人支持白軍對蘇聯的進攻。當時列寧在蘇聯歐洲部分遭到外國幹涉很嚴重的情況下，為避免在東方同日本作戰，采取了這個辦法。中國也可以用這個辦法來處理台灣問題。
周恩來首先回答赫魯曉夫說，要解決我們同美國的關係，唯一辦法是美國撤出台灣，從台灣撤兵。至於台灣和大陸的關係，那是我們的內政，我們用什麼辦法解放台灣，用和平的辦法還是用武力的辦法來解放台灣，別人不能幹涉。這是我們跟台灣國民黨之間的事情，同美國無關。美國不能幹涉，任何外國都不能幹涉。
毛澤東也坦率地說，遠東共和國是你們建立的，蔣介石集團可不是我們搞起來的。赫魯曉夫同誌，你把問題搞錯了，你把兩個不同性質的問題搞混了。一個問題是我們跟美國的關係問題，這是國際問題；另一個問題是我們跟台灣的關係問題，這是中國國內的問題。我們跟美國的關係問題是美國侵略我國台灣的問題，是我們要求美國撤出台灣而美國應該撤兵的問題。至於我們跟台灣的關係，則是台灣怎樣解放的問題。這個問題隻能由中國人自己來解決，別人無權過問。你赫魯曉夫同誌，對前一個問題有發言權，可以勸艾森豪威爾從台灣撤出一切武裝力量。對後一個問題，你是無能為力的，不宜說三道四。
赫魯曉夫聽了很尷尬，聳聳肩，攤攤手。接著他又試探性地說，為著緩和跟美國人的關係，中國是不是可以把監獄裏的幾個美國人釋放？希望你們考慮釋放唐奈和費克圖兩個美國飛行員！
毛澤東將手一擺，斷然回答道：不行，這個事不能商量！
接著，他又緩和語氣說，放是要放的，但不是現在，而是在他們服刑期滿的時候，或者是在服刑期間有好的表現因而提前釋放的時候。這都要按中國的法律辦事。
赫魯曉夫又碰了釘子，為艾森豪威爾充當說客而沒有成功。
赫魯曉夫轉移話題了，他不厭其煩地說了很多指責中國、偏袒印度的話。他說，你們應該和印度搞好關係，印度是一個中立國，尼赫魯是比較開明的，應該團結他。發生中印邊境衝突是不對的。
陳毅首先站起來說，你怎麼能這樣說呢？分明是印度挑起這場衝突。印度軍隊越過邊界，也越過“麥克馬洪線”，在我們邊境內設立哨所，向我們開槍。
周恩來補充說，印度開槍射擊六個鍾頭以後，我們才還擊。開始我們也不知道這個情況。印度是有準備的，消息很靈通，事情發生不久，它就發消息了。而我們中央不知道這個情況，就給西藏軍區發電報，查問這件事情。西藏軍區也不曉得，他們趕緊問邊境部隊，邊境部隊離那個地方也很遠，再三催他們查，好幾天才查清情況。你怎麼能說是我們中國挑起的呢！
陳毅非常生氣，指著赫魯曉夫說，你們和我們都是社會主義國家，你是社會主義陣營的頭頭，為什麼對一個社會主義國家和一個資本主義國家之間發生衝突，分明是資本主義國家首先挑釁的，你不但不支持社會主義國家，反而支持資本主義國家，指責社會主義國家？你們9月9日發表的那個塔斯社聲明，是偏袒印度、指責中國的。
赫魯曉夫說，我們根本不知道情況，印度說你們打死他們的人。
陳毅說，我們9月6日跟你們打了招呼，你們應該知道這個情況。9月8日你們跟我們說準備發表塔斯社聲明，我們勸你們慢一點，並且告訴你們，我們要發表一個文件，請你們看了我們的文件以後再表態。退一萬步說，就算你說的你們不了解情況，那麼你們應當慎重一些，等弄清情況再表態。但是你們根本不聽我們打招呼，急急忙忙搶先發了你們塔斯社的聲明，這是為什麼？
赫魯曉夫蠻不講理地說，我不知道你們的情況，但是印度有一個士兵被打死，一個士兵受傷，這就證明你們不對。
陳毅說，你我都是打過仗的人，誰死傷多不能說明誰就對，這個道理你不懂嗎？
赫魯曉夫也非常生氣地說，你是元帥，我是中將，但在黨內我是第一書記，是第一書記！
陳毅挺了挺胸脯，指著赫魯曉夫聲色俱厲地說，你是第一書記不錯，但你對的，我們當然會聽取；你不對的，我們當然不能聽！
赫魯曉夫辯解說，但不管怎麼樣，是你們先打死了人家的人，又把達賴放跑了。
毛澤東無可奈何地張開雙臂，苦笑著說，那麼長的邊界線，我們怎麼能看住他？
彭真也插話說，赫魯曉夫同誌，你怎麼能說出這樣的話？達賴是叛國外逃，他走的時候我們怎麼能攔得住他？我們人生地不熟，追也沒有追上。
赫魯曉夫無理辯三分地說，反正你們把跟印度的關係搞壞就不對。你們何必去爭那麼一點小地方呢？喜馬拉雅山下荒無人煙，爭那麼一小塊地方，跟尼赫魯衝突，很不值得！
周恩來反駁說，不能這麼說。我們不去占人家一寸土地，也不能讓人家占我們一寸土地，我們絕不能幹那些喪權辱國的事情。他再三強調，我們對印度一直是采取團結的政策，但對它不講理的地方，對它違反國際公約的事情，我們要反對，要鬥爭。鬥爭的目的是團結它，不能一味遷就它。