1954年5月8日，日內瓦會議開始討論印度支那問題。奠邊府戰役的勝利結局為日內瓦會議中東方陣營取得預想結果奠定了基礎。
在會議前，越中蘇三方經過分析認為，越方在印度支那戰場上取得了戰爭的主動權，控制了越南的大部分國土，但是法方的控制範圍還不小，仍然控制著幾乎所有的大城市、主要戰略交通線、海港和重要經濟區域。越法雙方控制區犬牙交錯，形成「豹斑」。
周恩來步入日內瓦會場
奠邊府戰役勝利的消息傳來，越南代表范文同在欣喜之餘，一度改變了原定的談判原則。他認為，越南問題應以「就地停火、稍加調整、等待普選」為基本方案，如果對方不接受，再考慮南北劃界分治的方案，而且要將分界線南移到北緯15度線，甚至北緯14度線，從而佔有三分之二以上的國土面積。
周恩來認為，應該從實際出發，根據現實條件爭取最大成果。應該力爭參照朝鮮模式，在日內瓦會議上達成一項協議，以北緯16度線為臨時分界線，線北的法軍撤出，越南人民軍的力量則從16度線以南撤到線北。若提出15度線或14度線方案，對方肯定不會接受。
5月12日下午3時，周恩來在日內瓦會議上就印度支那問題闡述了中國的原則立場。周恩來說：
日內瓦會議已經進入了關於恢複印度支那和平問題的討論。擺在我們面前的重大任務就是要在承認印度支那人民的民族權利的基礎上，停止敵對行為，恢複印度支那的和平。怎樣才算承認印度支那人民的民族權利呢？那就是必須承認越南、高棉和寮國人民有充分權利獲得他們各自的民族獨立，國家統一和民主自由，並在他們各自祖國的土地上過和平的生活。
周恩來指出：「中華人民共和國對於目前正在它的近鄰進行的戰爭和戰爭擴大的危險，不能不加以密切的注意。中國人民認為：朝鮮戰爭停止了，現在，印度支那戰爭同樣應該停止。」
奠邊府戰役確實給了東方陣營極好的談判優勢，但在越南問題上，究竟是南北劃界而守，還是就地停火，即行普選？對這兩種方案，東方陣營一時沒有取得充分的一致。在寮國問題上，范文同傾向於否認有越南人民軍在那裡作戰，並堅持在寮國尋找一條北緯線劃界，實行分治；在柬埔寨問題上，范文同主張否認有越軍進入。但是如何提出這個問題，越南方面最初並無定見。
一時間，由於東方陣營在幾個重要問題上未能形成一致，西方國家又堅持不討論在寮國和柬埔寨的停火問題，日內瓦會議陷入僵局。
如果不打破僵局，日內瓦會議就有全面破裂的危險。周恩來敏銳地看到了問題的嚴重性，與莫洛托夫和范文同商議後提出一個折中方案：印度支那三國同時停火，確定區域調整原則，但是實施方案可以有所不同。這一方案的核心在於繞過了越中蘇三方未取得一致的具體方案，肯定了三方的一致之處，即都有一個停火問題。
英國外交大臣艾登也發揮了積極作用。日內瓦會議於5月29日通過了艾登提出的關於越法雙方軍事代表舉行直接談判的建議。這是日內瓦會議達成的第一個實質性協議，實際上承認了印度支那三國都有停火問題，而停火應該同時實現。
1954年6月2日，越南和法國的軍事代表團在日內瓦舉行了正式談判。
從5月下旬至6月上旬，周恩來頻繁會見艾登和皮杜爾等人，還會見了柬埔寨和寮國王國的代表，交換意見。周恩來表示，他同意一切外國軍隊都從寮國和柬埔寨撤出，而柬埔寨王國和寮國王國為了自衛可以保有一定數量的軍隊，但是柬埔寨和寮國兩國必須保證不向任何外國提供軍事基地。周恩來還邀請兩個王國政府的代表和保大政府的代表和范文同會晤，以協商的方式使各方面的意見統一起來。