中美關係的突破，使得中國開始面對一個新的外交局面。這對改變國際關係的基本格局，產生了巨大而深遠的影響。正如這年8月間周恩來所指出的：我們跟美國來往是有原則的。我們到現在沒跟美國締結什麼協議，只有一個《聯合公報》。但這一突破，使世界上的國家都願意跟我們來往了。中美來往的收穫就在這裡。
3月13日，在中美聯合公報發表後只過了兩周，中英兩國關於互換大使的聯合公報即簽字並公布。兩國之間自1954年起建立的代辦級外交關係，升格為大使級。接著，中國又同荷蘭、希臘、聯邦德國等相繼實現外交關係升格或正式建交。在很短的時間裡，中國同西方國家的關係出現了前所未有的變化。
受「尼克松衝擊波」影響最大的，還要算同中國一衣帶水的鄰國日本。
周恩來對日本是熟悉的。青年時代他曾在東京留學達一年半之久。新中國成立後，周恩來一直關心中日關係，指導對日工作。從50年代初打開中日民間交往大門，「以民促官」，到60年代互設貿易代表機構，開闢中日半官方渠道，中日關係每前進一步，都包含著周恩來的精心指導和培育。據統計，建國後周恩來接待的眾多外國客人當中，日本客人無論在批數上和人數上都佔據第一位。
1971年基辛格秘密訪華前，周恩來曾與日本公明黨領導人竹入義勝舉行會談，確定了中日關係正常化的基本原則。日本公明黨訪華代表團同中日友好協會代表團發表的聯合聲明強調：中國只有一個，中華人民共和國政府是代表中國的唯一合法政府；台灣是中國的一個省，是中國領土不可分割的組成部分；日台條約是非法的，必須廢除；中國在聯合國一切組織的合法權利必須恢複。中方表示：如果日本政府能夠接受上述主張並為此採取實際步驟，中日兩國就可以結束戰爭狀態，恢複邦交，締結和平條約。接著，基辛格兩次訪華和第26屆聯大恢複中國合法權利的現實，又給予日本各界強烈震撼。日本政界、財界團體和人士接踵來華，為推進日中關係正常化積極活動。長期以來一直致力日中友好的日方老朋友們更是不辭辛勞地往來奔波，企盼早日實現共同的夙願。
周恩來長期處在中日之間這一系列活動的中心地位。1972年上半年，周恩來連續同日本社會黨、自民黨、民社黨和公明黨人士談恢複中日邦交問題，提出：中日兩國沒有任何理由這樣對立下去，應該根據和平共處五項原則和恢複中日邦交三項原則來實現兩國關係正常化。他還表示：如果一位現任首相準備解決日中關係問題，親自到中國來談，當然我們不好拒絕。有這樣勇氣的人來，我們怎麼能拒絕呢？從原則來講就是，新的日本政府不敵視中國，不阻撓恢複中日邦交，而是繼續日中友好，努力恢複日中邦交，也就是合乎現在大家常說的「三原則」。這樣的政府，也就是不繼續佐藤路線的政府，我們願意接觸。當然，中日邦交問題還有很複雜的問題，具體實施的微妙處需要通過政府級會談，同時也要有一個形式問題。如果兩國首腦誠心誠意願意解決問題，那麼形式是第二位的，內容是第一位的、本質的，就是要真正促進中日友好，恢複中日邦交。
1972年7月7日，日本佐藤內閣下台，田中角榮接任首相。當天，田中發表聲明說：「在動蕩的世界形勢下，應該加速實現同中華人民共和國的邦交正常化，強有力地開展和平外交。」第二天，周恩來召集外交部及有關外事、宣傳部門負責人開會，研究田中講話，商討推進中日關係問題。他要求新聞單位積極工作，不能掉以輕心，在宣傳報道上全面、準確地體現出促進中日友好的精神。9日，周恩來在歡迎葉門民主人民共和國領導人的宴會上致詞，提出：「田中內閣7日成立，在外交方面聲明要加緊實現中日邦交正常化，這是值得歡迎的。」隨後，周恩來又在同法國外長的會談中說：「日本在對華關係上出現了新氣象，這是戰後27年來日本政府第一次這樣做。我們對田中政府這樣做沒有理由不歡迎。」他的這兩次講話，是對田中對華關係聲明的明確回應。
這時，中日友協副秘書長、原駐東京聯絡處首席代表孫平化正率團在東京訪問。周恩來指示孫平化抓住時機，當面向田中首相轉達他本人對田中訪華的邀請，並且傳話：「只要田中首相能到北京當面談，一切問題都好商量。」16日，周恩來會見日本社會黨副委員長、眾議員佐佐木更三時進一步提出：如果現任首相、外相或其他大臣來華談恢複日中邦交問題，北京機場準備向他們開放。按照周恩來的囑咐，孫平化在7月22日先向日本外相大平正芳轉達了中方的邀請。田中政府經過研究，在8月11日把田中首相訪華的決定轉告中方。周恩來接到報告，立刻授權姬鵬飛外長發表聲明，宣布中國總理歡迎並邀請田中首相訪華，就中日邦交正常化問題進行談判。15日，田中接見在東京的孫平化，正式接受了中方的邀請。由此，中日實現邦交正常化的前景已經明朗。
在這期間，周恩來雖已發現身患癌症，但為了準備中日兩國領導人的會談，仍事必躬親，晝夜操勞。當年參與準備工作的外交部長姬鵬飛回憶說：
「總理指定我、喬冠華、廖承志、韓念龍等人組成日本組。總理白天接見外賓，那時到中國訪問的日本朋友特別多，夜晚將我們找到西花廳或釣魚台開會研究中日建交問題，或帶我們一起到中南海毛主席住處開會，向主席彙報。在主席那裡決定了大政方針後，回來總理又同我們一起研究、安排，事無巨細，總理都一一過問，一一想到。他常說：『外交授權有限』，『外交無小事』。這時他已是74歲的高齡，並已查明身患癌症。他就是這樣帶病工作，每天工作十幾個小時甚至20個小時。」
這些感人的情節，當時幾乎都毫不為外人所知。
解決中日之間邦交正常化，也存在一個台灣問題。所不同的是，中日兩國領導人準備通過會談一次性地解決這個首要問題，也就是日本承認中華人民共和國政府是代表中國的唯一合法政府，雙方建立正式外交關係；同時日方斷絕同台灣蔣介石集團的官方關係，包括廢除所謂「日台條約」。由此，周恩來一直密切地關注日方對台灣問題的態度，連某些提法的微妙差別也親自過問。
7月下旬，孫平化向日方轉達中方邀請後不久，周恩來再次會見日本公明黨領袖竹入義勝。會談中，周恩來直截了當地提出：現在發生了一個具體問題，田中內閣承認中華人民共和國政府是代表中國的唯一正統政府，我們對「正統」二字不太理解。我們所說的是中華人民共和國政府是代表全中國人民的唯一合法政府。「合法」的反義詞是「非法」。因為蔣介石被推翻了，所以它是非法的。去年聯合國恢複了中華人民共和國的合法權利，把蔣介石集團趕出去了，也就是說，國際組織也承認中華人民共和國政府是合法的，蔣介石政府是非法的。我為什麼要問「正統」這個詞的意思呢？因為漢語中有「正統」還有「偏安」。
在講述了中國歷史上的情況後，他問道：我不知道田中政府中的法律專家講的「正統」是否有別的意思？針對《東京新聞》所傳日外務省官員宣稱「日台條約已經解決了結束戰爭問題」的說法，周恩來指出：締結「日台條約」時，中華人民共和國已經成立了。這個條約根本無視中國的存在，同一個逃到台灣的蔣政權締結結束戰爭狀態，是非法的、無效的，是應當廢除的。關於中日聯合聲明問題，周恩來表示，中方將堅持把結束戰爭狀態和復交三原則兩個問題寫入聯合聲明。竹入當場記錄下周恩來的意見，表示將帶回去向田中首相、大平外相報告。
解決中日邦交正常化的另一個重要問題，是如何看待日本軍國主義侵華歷史。還在50年代中期，周恩來會見日本友人時就明確提出：中日之間有幾千年的文化交往，歷史上是友好關係。自甲午戰爭以來的50多年間，中日交惡，但從歷史長河看，這只是短暫的一瞬，而且已經成為歷史。我認為，今後中日兩國不能不友好，而且一定能建立正常的關係。
70年代初，周恩來又對日本學生訪華團表示：從1894年起到1945年共51年，對中國人民是很大的教育。如果僅僅是甲午戰爭、日俄戰爭，還不能教育中國人民。最大的教育是後來日本軍國主義發動的那場侵華戰爭。
1972年6月，周恩來會見日本前陸軍中將遠藤三郎等日中友好舊軍人代表團成員時，專門談到戰爭的問題。他說：我在讀了日本最近出版的各種有關戰爭的書籍、戰史以及戰記之後，發現它們都大加美化戰爭，以至使人懷疑這些著作的內容是否真實。最近，我在中國看了有關山本五十六大將的電影，也看了有關侵華日本軍隊的電影。不管哪部電影的內容，都是被美化了的和非常英雄化了的形象。很明顯，這樣做會使那些對戰爭一無所知的青年人變得嚮往戰爭，從而導致再次發動戰爭。你們回去以後，一定要如實地寫出一部反映大東亞戰爭真相的戰史。你們都上了年紀，不抓緊不行