在打開外交新格局中，最重要的變化是中美關係開始走上正常化的道路。
長期處於對抗狀態的中美關係迅即出現戲劇性的轉折，是許多人沒有料想到的。其實，它是整個國際形勢發展變化的必然結果。這時的蘇聯，正咄咄逼人地向外擴展勢力。而面臨各種威脅的中國，實際上已成為國際間一個不可忽視的重要角色。在美國看來，改善中美關係可以增強它同蘇聯抗衡的力量。在中國看來，改善中美關係可以適應抗禦蘇聯威脅的需要，有助於逐步解決台灣問題，也便於擴大中國的國際交往。但是，要實現這一點是非常不易的，尤其需要政治家們善於捕捉那些轉瞬即逝的「外交時機」。
1969年12月3日，在波蘭首都華沙文化宮舉辦的南斯拉夫時裝表演會上，懷揣「使命」的美國駐波蘭大使斯托塞爾看到「中國代辦」（實為使館二秘）離席，便尾隨跟出，試圖同中方搭話。不料「中國代辦」卻走出會場，坐進轎車，準備離開。情急中美國大使不顧外交禮儀，一把拉住中方譯員，用波蘭語說：他得到華盛頓的指示，準備恢複同中國大使館的聯繫。中方譯員有禮貌地答應代為轉達後，便匆匆離去。
事情發生在華沙，並不是偶然的。長期以來，華沙一直是中美兩國進行官方正式接觸的地方。1955年的第一次中美大使級會談就在這裡舉行。1967年3月，已經進行了130多次的中美華沙會談暫告中止，中美官方接觸的渠道也隨即中斷。1969年1月尼克松就任美國總統以來，美國開始調整對華政策，向中國方面發出一系列「信息」，表示願意同中國對話，並多次聲明將把改善美中關係作為美國政府的外交目標之一。對此，中方一概報以「沉默」，以靜觀美方動態。同年9月中蘇兩國總理的北京機場會晤以及隨後舉行的中蘇邊界問題談判，促使美方下決心加快美中接觸的步伐，有所「醒悟」的尼克松本人更急於同中國高層直接對話。正是在這種情況下，發生了美國大使追趕中國外交官的一幕。
當天晚上，周恩來便看到發自中國駐波蘭大使館的電文。他立刻報告毛澤東：「找著門道了，可以敲門了，拿到敲門磚了。」在這以前，毛澤東和周恩來已經敏銳地察覺到尼克松發出的一系列值得注意的信號，包括美國政府宣布放寬對華貿易限制、反對蘇聯方面提出的旨在孤立中國的建議、下令停止美驅逐艦到台灣海峽巡邏等。波蘭事發的半個月前，周恩來曾致信毛澤東：「尼克松、基辛格的動向可以注意。」
12月4日，周恩來批准外交部關於釋放兩名乘遊艇進入中國海域的美國人的報告，並通知美國駐波蘭大使斯托塞爾。這也是中方給美方的一個回應信號。幾天以後，斯托塞爾應邀到中國駐波蘭大使館同中國代辦雷陽會晤，成為第一位進入「紅色中國」大使館的美國駐外大使。12日，周恩來將有關中美華沙會晤的三份電文轉報毛澤東，提出：中美接觸一事，「擬擱一下看看各方反應，再定如何回答」。同日，周恩來接見巴基斯坦駐華大使凱瑟時要他轉告葉海亞總統：尼克松如果要同中方接觸，盡可利用官方渠道。12月底，經過毛澤東、周恩來反覆考慮，終於批准恢複中斷了近3年的中美華沙會談。
重新恢複的中美大使級會談定於1970年1月20日在華沙舉行。會談前，周恩來逐字逐句地審閱修改中方的發言稿，並且註明：在我方發言後，美方如重提美與台灣有條約關係，我應以「美蔣條約」是全中國人民所不承認作答；美方如詢更高級會談或其他途徑何所指，可答以美國政府如對此感興趣，可提出方案，也可在大使級會談中雙方商定出方案。
台灣問題一直是中美會談的關鍵所在。恰當地處理這個問題，是實現中美關係正常化的前提，也是無法迴避的實質問題。周恩來認為有必要向美方特別是尼克松本人表明中方的這一立場。還在考慮恢複中美華沙會談的時候，他就對幫助實現中美接觸的巴基斯坦大使表示：當前國際事務錯綜複雜，中美之間的關係也在變化。對美關係，中國的立場一是和平共處五項原則，二是美國一切武裝力量從台灣和台灣海峽地區撤出去。感謝葉海亞總統把中國的這一立場說得很清楚。2月中旬，經過周恩來主持的中央政治局會議討論修改的華沙會談中方發言稿中又提出：「如果美國政府願意派部長級的代表或美國總統的特使到北京進一步探討中美關係中的根本問題，中國政府願予接待。」這裡說的「中美關係中的根本問題」，主要是指台灣問題。
不久，巴基斯坦方面傳來美方口信：尼克松準備開闢一條白宮通向北京的直接渠道，以便在絕對保密的情況下，「保證完全的自由的決斷」。周恩來一看就明白了。他閱後批道：「尼克松想採取對巴黎談判（指關於越南問題的巴黎談判）辦法，由基辛格秘密接觸。」而這以後，事情發生了一些波折：因美國支持柬埔寨朗諾集團發動的政變推翻了西哈努克親王領導的王國政府，美國軍隊繼而入侵柬埔寨，激起印度支那三國人民抗美救國鬥爭的高潮。為了支持印度支那三國人民，中國方面連續兩次推遲中美華沙會談。6月底，尼克松政府被迫決定把美國軍隊撤出柬埔寨。10月初，尼克松接見美國《時代》周刊記者時稱：「如果說我在死以前有什麼事情想做的話，那就是到中國去。如果我去不了，我要我的孩子們去。」隨後，借歡迎羅馬尼亞總統齊奧塞斯庫宴會的機會，尼克松「第一次有意地」使用了「中華人民共和國」的名稱，並私下托羅領導人將希望美中進行高級接觸的「口信」轉達給中方。
同年11月5日，周恩來會見美國友人埃德加·斯諾時，明確指出影響中美關係的「癥結」所在：中美談判從1955年開始到現在，沒有解決什麼問題。為要解決問題，現在就要談台灣問題，就是美國武裝侵略和佔領了台灣及台灣海峽。其他問題都是次要的。關於這個問題，我們談判的態度和方針不會改變，應該改變的是美國政府。我們的大門始終是敞開的。
幾天後，巴基斯坦總統葉海亞來華訪問，並帶來尼克松關於準備派他的高級助手在任何時候、任何地點同中國相應代表對話的口信。不久，從羅馬尼亞方面也傳來類似信息。尼克松儘管一再表示願意同中方進行高級會晤，卻對中方多次表明的解決中美關係的關鍵問題——台灣問題仍避而不談。11月14日，周恩來回答葉海亞時重申：台灣是中國不可分割的領土，解決台灣問題是中國的內政，不容外人干涉。美國武裝力量佔領台灣和台灣海峽，是中美關係緊張的關鍵問題。中國政府一直願意以談判來解決這個問題，但是談了15年還沒有結果。現在，尼克松總統表示要走向同中國和好。如果美方真有解決上述關鍵問題的願望和辦法，中國政府歡迎美國總統派特使來北京商談，時機可通過巴基斯坦總統商定。
周恩來在這裡再次挑明：中美高級會晤首先要談台灣問題，中方在台灣問題上不會讓步。鑒於這種情況，一直試圖「繞過」台灣問題的美方只得含糊其辭地答覆中方：美中代表會談不應限於討論台灣問題……
12月18日，毛澤東會見他的老朋友斯諾。他告訴斯諾：尼克松早就說要派代表來，他對於華沙那個會談不感興趣，要當面談。如果尼克松願意來，我願意和他談，談得成也行，談不成也行。25日，《人民日報》頭版刊出毛主席在天安門城樓上和斯諾合影的照片，以含蓄的方式向美方透露了毛澤東贊成中美實現高層對話的「信息」。尼克松後來回憶，毛澤東同斯諾所談歡迎他訪華的內容，「我們在幾天後就知道了」。
這樣，舉行中美高級會晤的條件已漸趨成熟，等待著實現一次重大突破。
1971年1月29日，是農曆正月初三。在中南海西花廳內，周恩來正同參加起草中日乒乓球協會會談紀要的中方人員談話。看過他們草擬的紀要文本後，周恩來皺起眉頭，批評道：「後藤鉀二的會談紀要草案已經很好了嘛！後藤先生很早就想來中國，你們對這樣的朋友要求也太過分了。」接著，他又焦慮地說：「你們不要那麼『左』嘛！」
後藤鉀二是日本乒乓球協會會長，長期致力於中日友好。鑒於第31屆世界乒乓球錦標賽即將在日本名古屋舉行，他專程來華邀請在世界乒壇享有盛譽的中國乒乓球隊前往參加賽事。後藤提出的作為兩國乒乓球協會會談基礎的文本中，本來已包括應當遵守「中日關係政治三原則」的內容，即：一、反對「兩個中國」；二、爭取恢複邦交；三、促進中日友好。但會談時，中方代表卻堅持要把台灣問題寫入紀要，並主張將「政治三原則」的文字放在紀要的第一條。這時中日關係還沒有正常化，日本國內情況也比較複雜，後藤感到為難，希望中方能夠理解他的處境。由於雙方相持不下，紀要一時難以定稿。在這種情況下，周恩來把中方會談人員找來，嚴肅地批評了他們的做法，指出：會談要看對象，台灣問題在這裡沒有必要提，你們不要給後藤先生出難題。「中日關係政治三原則」還是按日方原來提的，放在紀要第二條。