核武器和核試驗。1963年7月，美國、蘇聯、英國簽訂了《部分禁止核試驗條約》。中國領導人認為，這個條約的目的是建立美蘇英三家在核武器問題上的壟斷地位，並剝奪其它國家（尤其是中國和法國）通過一般核試驗來發展自己核力量的權利。因此，中國政府拒絕在這個條約上簽字。9月5日，周恩來在一次和外賓的談話中解釋為什麼中國政府認為“三國條約”是一個大騙局。周恩來指出，“三國條約”不是禁止核武器的第一步，而是很危險的一步。它隻是把我們愛好和平的國家和人民的手腳束縛起來，它們卻可以更肆無忌憚地進行核訛詐。在對待《部分禁止核試驗條約》的問題上，西哈努克和中國的立場一致，他也拒絕在條約上簽字。
中國政府為了回應《部分禁止核試驗條約》，提出召開世界各國首腦會議討論全麵禁止和徹底銷毀核武器的建議。1963年8月21日，西哈努克致信中國領導人，表示支持中國的建議。8月29日，周恩來致電西哈努克，對他的支持表示感謝。9月30日，周恩來在接見西哈努克私人顧問、柬埔寨國家銀行行長鬆山時，再次對西哈努克支持中國全麵禁止核武器和召開世界政府首腦會議的主張，表示感謝。
翌年10月，第二次不結盟國家會議在阿聯首都開羅召開。在會上，柬埔寨代表團重申，柬埔寨不在《部分禁止核試驗條約》上簽字。但是，會議在結束時仍通過了含有支持《部分禁止核試驗條約》內容的決議，對此，柬埔寨代表團表示保留。同月，中國成功試爆第一顆原子彈後，柬埔寨輿論紛紛對中國的成就表示慶賀和支持。西哈努克和外交部長胡森巴分別向中國領導人發了賀電，對中國的核試驗表示支持。在1965年6月舉行的一次聯合國裁軍委員會會議上，印度提出了一個譴責中國核試驗的提案，柬埔寨代表投了反對票。
西哈努克除了在老撾危機、中印邊界衝突、中華人民共和國在聯合國的代表權、核武器和核試驗這幾個問題上和中方積極配合以外，還在其它一些重要國際問題上，和中國領導人互通信息，交換情況和意見。由於西哈努克平時關心國際事務，對世界上很多熱點問題都反應迅速，在不少重要的國際活動和場合中，都有他的身影，所以，他也是中國政策製定者了解全球政治動態一個重要信息來源。比如，西哈努克經常向中方透露不結盟國家會議的情況。由於中國不是不結盟運動的成員國，所以柬埔寨就成為中國領導人了解不結盟運動內幕的一個難得的渠道。西哈努克還積極推動中法建交，幫助中國建立和外部世界的聯係。實際上，從1960年代初開始，隨著中國和蘇聯、大部分東歐國家關係的疏遠和破裂，柬埔寨逐漸成為中國和國際社會交往的一個重要橋梁。
中國給柬埔寨的安全承諾
1963年，柬越關係惡化。西哈努克對美國越來越不滿，因為美國不僅繼續支持泰國和南越對柬埔寨施壓，還向被南越庇護的山玉成組織“自由高棉”（Khmer Serei）運動提供武器和訓練，支持他們襲擾柬埔寨。停止了兩年的反西哈努克廣播又開始活動。
2月15日，西哈努克在北京和毛澤東談話時，大吐苦水，傾訴柬埔寨遭受泰國和南越欺負之苦。他說，泰國把他看成是頭號敵人，曼古的報紙用通欄大字描述他是第一號敵人；南越常派飛機越境轟炸柬埔寨的村莊，造成很多柬埔寨無辜百姓生靈塗炭，然後借口說是把邊界位置搞錯了。毛澤東要西哈努克不要懼怕泰國和南越的壓力，並用最近伊拉克的政變為例，提醒西哈努克要注意防政變，要把軍隊牢牢地控製在手中。毛澤東鼓勵西哈努克說：“我們很感謝你們，你們在東南亞站住了腳，我們感到很高興。你們的國家有發展，經濟方麵、政治方麵、文化方麵都有發展。希望你們繼續鞏固，繼續發展。你們不要垮台，垮台不得了。”
5月1日，中國國家主席劉少奇率政府代表團到達金邊，開始訪問柬埔寨。在劉少奇出訪柬埔寨之前，中國政府曾獲得國民黨特務準備在金邊搞爆炸以破壞劉少奇訪柬活動的情報，中國駐柬使館根據西哈努克的意見，建議不定期推遲劉少奇訪柬。周恩來經過慎重考慮以後認為：這是新中國國家元首第一次訪問柬埔寨，“不定期的推遲對柬訪問，政治上不利”。他建議劉少奇按原計劃訪問柬埔寨，但可以把日期提前，縮小或取消群眾場麵。為了保證劉少奇在柬埔寨逗留期間的安全，周恩來派專機到河南安陽把前任中國駐柬埔寨大使王幼平接回北京。在請示了毛澤東以後，周恩來作出兩項安排：其一，派公安部局長淩雲隨王幼平去昆明，向在那裏休息的劉少奇彙報情況；其二，派王幼平以外交部顧問名義作為劉少奇訪問柬埔寨的隨行人員，先期抵達金邊，以指導中國大使館同柬埔寨政府商討安全保衛工作。