1963年10月21日至11月4日，富爾訪問中國，同毛澤東、劉少奇、周恩來和陳毅外長舉行了多次會談。在與周恩來的會談中，富爾轉達戴高樂對中法關係的看法。他說，戴高樂覺得像中法這樣兩個大國的領導人現在還不能舉行會談是不正常的；法國一開始沒有承認中華人民共和國，保持同國民黨政府的關係，結果產生了很多問題。現在如果中國願意同法國談判建立外交關係，法國將不管其他國家的態度，獨立自主地作出決定。周恩來對富爾的建議作出積極回應，並讚揚戴高樂堅持走獨立的外交路線。周恩來指出，在戴高樂執政的這幾年中，在維護國家獨立和主權方麵采取了勇敢的步驟，有些大國可能不高興，而我們認為一個國家應該這樣；另一方麵，法國多年來沒有解決的阿爾及利亞問題，已經根據阿爾及利亞民族自決的意誌得到解決，法國承認阿爾及利亞的獨立，這是件好事。周恩來還表示，法國沒有在部分禁止核武器試驗條約上簽字，中國也反對這個條約；雙方事先並沒有就此問題交換過意見，但表現出來的行動卻是一致的，因為中法兩國都要維護自己的獨立和主權，不願受任何外國的幹涉和侵犯。我們都主張在國際上應該維護世界和平，反對幾個大國壟斷國際事務。隻有世界所有國家取得平等地位，大家都有權過問世界事務，才能真正維護世界和平。周恩來強調了中法之間的共同之處，指出兩國建交的時機已經成熟。富爾同意周恩來的分析。
在建交的具體步驟上，富爾表示，法國準備承認中華人民共和國，承認隻有一個中國，但希望中國不要堅持法國先主動同國民黨政府斷交。“對法國來說，同台灣斷絕一切關係有困難，因為島上存在著一個事實上的政府，而且戴高樂將軍沒有忘記在戰時他同蔣介石站在一起，不願突然切斷關係”。對此，周恩來回答說，關於台灣問題，有兩種情況：一是主張“台灣地位未定”，這就不是一個小問題，那會導致“兩個中國”；另一種情況是作為一個複雜問題，蔣介石集團和法國互設有使領館，為了結束這一關係，需要采取一些手續，這不是個大問題。富爾表示法國的問題屬於後者。
考慮到中法建交有助於利用美法矛盾來破壞美國孤立中國的政策、有助於抵製美蘇壟斷和操縱國際事務的傾向、有助於推動中國同歐洲和非洲國家關係的發展、有助於削弱國民黨政權的國際地位，中國領導人在堅持反對“兩個中國”的原則立場的同時，對中法建交的具體步驟采取了有別於其它資本主義國家的靈活措施。在中法雙方就法國承認中華人民共和國是中國的唯一合法政府達成默契的情況下，接受法國提出的中法先宣布建交從而導致台灣與法國斷交的方案。
12月13日，周恩來率政府代表團開始訪問亞、非、歐十四國。雖然身在國外，但他仍十分關係中法建交的進展情況。在他訪問阿爾及利亞期間（12月21至27日），他叫一個中國派到法國工作的人員到阿爾及利亞去，以便聽取他彙報有關中法接觸的情況，並要求早日實現中法建交。陪同周恩來出訪的總理辦公室主任童小鵬後來回憶道：“那時周總理對戴高樂的估計是正確的。首先，周總理認為戴高樂反法西斯是堅決的；其次，認為戴高樂在從阿爾及利亞撤兵的問題上是開明的。”
在周恩來出國訪問期間，鄧小平副總理任代總理，負責指導和協調相關部門對中法建交事宜的處理。1964年1月24日，他出席全國人大常委會會議，介紹中法建交的有關情況。他指出：中法建交是國際事務中的一件大事，是在西方打斷一個鏈條，其影響會越來越深遠。同日，他還主持起草中共中央下發的《關於中法建交的宣傳要點》的通知。起草後，他隨即將通知稿和《宣傳要點》稿報批毛澤東和劉少奇等人核閱，並說明：“這是我們集體修改的，此件必須早日發出。”第二天，鄧小平又審核《人民日報》社論稿《祝賀中法建交》，並報送毛澤東和劉少奇等人核閱。