談判間隙，周總理安排富爾夫婦去大同、內蒙古等地參觀遊覽。這樣給雙方都留有時間進行進一步的思考，特別是中方，在這一寶貴的時間裏抓緊研究新的方案，提出了“直接建交”方案，但在建交的具體步驟上采取了變通處理的方針，即在基於法方承認中華人民共和國是中國的唯一合法政府並承擔相應的義務達成默契的前提下，采取中法先宣布建交，隨後法國按照同中國建交後形成的“國際法客觀形勢”，“自然地”結束同台灣的關係的方案。10月31日，返京後的富爾同中方進行第三輪談判，他對於中方這一新的、合情合理的方案表示同意。當晚，周總理和富爾先生分別代表中法雙方在這一建交方案上簽字。富爾對此表示，由於他未被授權簽署正式協議，他將攜此方案向戴高樂總統複命。隻要戴高樂總統正式作出決定，立即通知中方。至此，關於中法建交的實質性談判到此告一段落。
毛澤東決定立即實現中法關係正常化
毛澤東覺得，中法建交的時機已經成熟，隻要戴高樂不搞“兩個中國”，願意接受中國關於台灣問題的立場，我們就應抓住這一時機，力促中法實現建交目標，從而有利於中國拓展國際活動的空間。所以毛澤東對富爾此訪非常重視，始終關注中法雙方的談判進程，盡管在這一過程中遲遲未露麵，但實際上在背後進行總指揮。當時毛澤東正在上海，中法雙方就兩國建交方案草簽後，周總理立即給毛澤東打電話報告，毛澤東對此十分高興，約劉少奇、周恩來、鄧小平、陳毅等人第二天到上海就此事麵商。
11月1日，劉少奇、周恩來、鄧小平、陳毅等黨和國家重要領導人抵達上海，中央領導人一起商議批準中法兩國建交方案。中央就此事討論時，毛澤東表示中法一定要建立大使級外交關係。
中法建交談判在上海繼續舉行。周恩來向工作人員口授了默契內容，並譯成法文，交給富爾。三項默契內容如下：
（一）法國政府隻承認中華人民共和國政府為代表中國人民的惟一合法政府，不再承認在台灣的所謂“中華民國”政府。
（二）法國支持中國在聯合國的合法權利和地位，不再支持所謂“中華民國”在台灣的代表權。
（三）中法建交後，在台灣撤回它駐法國的“外交代表”及其機構的情況下，法國也相應地撤回它駐在台灣的外交代表及其機構。
看了中國提出的三項默契，富爾表示這一方案是合情合理的，可以接受的。在最後一輪會談中，周恩來和富爾就這一方案的措辭反複推敲。富爾把第一項默契“不再承認在台灣的所謂‘中華民國’政府”這一句刪去了，理由是，“不再承認”這種提法意味著法國需要通知對方，這樣一來又不是無條件了。雙方經過協商，把這一句改為“這就自動地包含著這個資格不再屬於在台灣的所謂‘中華民國’政府”。
11月1日晚，周恩來總理和陳毅副總理根據同富爾又一輪會談的情況，新擬了兩國建交方案，並立即報送毛澤東。
2日淩晨，毛澤東主席就在這一建交方案的報告上作了簡短而又明了的批示：“很好，照此辦理。”
11月2日，中方以《周恩來總理談話要點》的形式，向富爾提供了建交方案的書麵定稿。全文如下：
（一）富爾先生代表法國總統戴高樂將軍表示了關於恢複中法正常外交關係的願望。中國政府欣賞法國政府的這種積極態度，並且確認，中國政府對建立和發展中法關係抱有同樣積極的願望。
（二）中國政府根據中法兩國完全平等的地位，從改善中法兩國關係的積極願望出發，提出中法直接建交的方案：
1.法蘭西共和國政府向中國政府提出正式照會，承認中華人民共和國政府，並建議中法兩國立即建交，互派大使。
2.中國政府複照表示：中華人民共和國政府作為代表中國人民的惟一合法政府歡迎法國政府的來照，願意立即建立外交關係，互派大使。
3．中法雙方相約同時發表上述照會，並立即建館，互派大使。
（三）中國政府之所以提出上述方案，是由於中法雙方（周恩來總理與富爾先生）根據富爾先生轉達的法國總統戴高樂將軍不支持製造“兩個中國”的立場，對下列三點達成默契：
1.法國政府隻承認中華人民共和國政府為代表中國人民的惟一合法政府，不再承認在台灣的所謂“中華民國政府”。
2.法國支持中國在聯合國的合法權利和地位，不再支持所謂“中華民國”在台灣的代表權。
3.中法建交後，在台灣撤回它駐法國的“外交代表”及其機構的情況下，法國也相應地撤回它駐在台灣的外交代表及其機構。
這三項默契充分體現了法國承認中華人民共和國政府是代表全中國人民的惟一合法政府所承擔的相應義務，這是中法建交協議的基礎和核心。
當天下午5點，在周總理、陳毅副總理的陪同下，毛澤東主席在上海同富爾先生進行了第二次會見，應該講，相對於上一次的試探與摸底，這次會見則顯得輕鬆、活潑多了。
毛澤東見麵後風趣地對富爾說：“我們做個朋友吧，做個好朋友。你們不是共產黨，我也不是你們的黨。我們反對資本主義，你們也許反對共產主義，但還是可以合作。”
麵對著即將打開的中法關係新局麵，中方對法方特別是戴高樂總統將走哪一步棋，還沒有底。所以，毛澤東會見富爾時非常明確地向法方表示：“你們兩位來得正是時候……要把兩國關係建立起來……（要告訴戴高樂）你們要派就派個大使來，不要學英國那樣，搞了十幾年，還是個代辦，不要鑽美國的圈套。這一點不搞清楚，我們不接納你們的大使，我們也不派大使到你們那裏去。”毛澤東的後句話對富爾來講，可能未必中聽，但表明了毛澤東的超人的戰略眼光，毛澤東希望通過發展中法關係，來改變當時美蘇主宰世界的局勢，實現國際格局的新的戰略平衡。毛澤東就是想通過這一機會，向戴高樂傳達中方的明確信息。
對於中法關係，毛澤東精辟地說道：“在我們之間有兩個根本的共同點，一是不許有哪一個大國在我們頭上拉屎拉尿，不管資本主義大國也好，社會主義大國也好，二是兩國在經濟上和文化上加強來往。”毛澤東實際上是在向客人表明，中法兩國關係的未來發展極具潛力。
當晚，周總理與富爾分別代表中法兩國在《周恩來總理談話要點》這份兩國建交方案文件上簽字，並成為中法兩國建交的最重要的基本文件。到此可以講，富爾先生終於圓滿地完成了戴高樂總統所交付他的秘密使命。
出於保密的考慮，富爾在完成這一重大使命後並未立即回國，而是輾轉於緬甸、印度，繼續他的“私人旅遊”，在仰光，他立即給戴高樂將軍撰寫了一份訪華報告，連同經中法雙方簽字的《周恩來總理談話要點》封裝成密件，交由法國駐印度使館的一名外交官，專程送往巴黎。
戴高樂總統在收到富爾的報告後，感到非常高興。在富爾回國後沒幾天就召見富爾，告訴這位前總理，他同意報告的結論，準備中法兩國相互承認。主要就是選擇時機。1964年1月27日，中法兩國正式宣布建立大使級外交關係。從此，中法關係翻開了新的一頁。