10月8日，周恩來與林biao離京，秘密前往蘇聯。8日這一天，毛ze東發布了關於組成中國人民誌願軍的命令，任命彭德懷為誌願軍司令員兼政委，率第13兵團及所屬四個軍和邊防炮兵司令部及所屬三個炮兵師，待命出動。後勤供應和聯係援助朝鮮同誌的事務，統由高崗調度指揮並負責保證之。同日，毛ze東發電將這一決定致電駐朝大使倪誌亮轉告金日成。這樣“西北王”和“東北王”拴在一起，將要演出一場活劇來。不過，對誌願軍，毛ze東隻明確了彭德懷和高崗這兩個頭，而誌願軍的領導機構和機關尚未確定。8日這天晚上，毛ze東設家宴為彭德懷餞行，毛ze東的長子毛an英陪侍，據說，毛an英主動要求去朝鮮鍛煉。從來不喝白酒的毛ze東上了中國最好的茅台酒，並親自為彭德懷斟酒。並贈送一言一物。一言麼，就是你一定要注意安全；一物麼，送長子毛an英一同上朝鮮前線。毛ze東指著岸英對彭德懷說，我這兒子不想在工廠幹了，想跟你去打仗，早就交上了請戰書，要我批準，我沒有這個權力，你是司令員，你看要不要這個兵。從此，毛an英就跟隨彭德懷走了。聶榮臻回憶，彭總入朝時，為了和駐朝鮮的蘇聯顧問取得聯係，確定帶一名俄文翻譯，當向毛ze東請示怎麼辦時，主席立刻就說：“那就讓岸英去吧，我通知他。”也是在8日的晚上，當中國駐朝鮮大使倪誌亮和柴軍武將毛ze東出兵朝鮮的電報麵交給金日成時，金日成高興得兩手一拍說：“太好了！”他立刻用手分別拉著倪、柴兩人的手進入會客廳，隨後也拿出幾瓶酒請中國大使和臨時代辦喝酒。席間，金日成一再對中共中央、毛ze東和中國人民的大力支援表示深深的感謝，並說中朝兩國人民的戰鬥友誼將永垂青史。
9日，中國沈陽和平街1號一幢日式小樓，在二層有一個紅木地板的套間，這是彭德懷的臨時辦公室。彭德懷在沈陽東北軍區第三招待所主持召開誌願軍軍以上幹部會議，傳達中共中央的出兵決策，聽取各部彙報準備情況，部署出動事宜，研究出動方案。並要求誌願軍部隊，克服一切困難，在10天內完成一切出國的準備工作。10日，周恩來與林biao抵達莫斯科，隨後乘坐飛機飛抵黑海海濱的克裏米亞，與正在那裏休養的斯大林和其他蘇聯領導人進行會談。
（四）斯大林的手腕
10月8日，毛ze東將中國組成誌願軍出兵朝鮮發電轉告金日成；9日，斯大林也給金日成發去了一個電報，轉述了他與毛ze東之間關於出兵問題交換意見的情況，電報全文如下：
由於同中國同誌協商需數日，複信遲了。10月1日我致電毛ze東，問他能否立刻派出哪怕是五六個中國師去朝鮮，以便朝鮮同誌能在這些師掩護下建立預備隊。毛ze東拒絕了，推說他不想把蘇聯拖進戰爭，中國軍隊技術裝備差，戰爭會在中國引起很大不滿等。我以下麵這封信回複他：
“我向您提出派五六個師誌願軍的問題，是因為我清楚地了解中國領導同誌曾多次聲明，如果敵人越過三八線，就準備派幾個軍去援助朝鮮同誌。因此，我理解中國同誌之所以準備派兵去朝鮮，是為了防止朝鮮變為美國和未來軍國主義日本反對中國的軍事基地，這與中國是利害攸關的。我向您提出向朝鮮派兵問題，而且至少而不是至多派五六個師，是出於以下幾點對國際形勢的考慮：
一、如朝鮮戰事表明的那樣，美國目前還沒有為發動一場大規模戰爭做好準備；
二、日本因其軍國主義勢力尚未複元，沒有能力給美國以軍事援助；
三、有鑒於此，美國將被迫在朝鮮問題上向有蘇聯盟國為其後盾的中國做出讓步，將不得不接受就朝鮮問題進行調停的條件，這些條件將有利於朝鮮而使敵人無法將朝鮮變為它的軍事基地；
四、基於以上同樣的原因，美國最後將不僅被迫放棄台灣，而且還將拒絕與日本反動派單獨締結和約，放棄複活日本軍國主義的活動和使日本成為他們在遠東的跳板的計劃。
由此我考慮到，如果中國隻是消極地等待，而不是進行一場認真的較量，再一次使人信服地顯示自己的力量，那麼中國就得不到這些讓步。中國不僅得不到所有這些讓步，甚至連台灣也得不到，美國人會把持台灣，把它當作基地。美國這樣做不是為了已沒有取勝希望的蔣介石，而是為了他自己或者是為了未來的軍國主義日本。
當然，我也考慮過，美國盡管沒有做好大戰的準備，仍可能為了麵子而被拖入大戰，這樣一來，自然中國將被拖入戰爭，蘇聯也將同時被拖入戰爭，因為它同中國簽有互助條約。這需要害怕嗎？我認為不需要，因為我們在一起將比美國和英國更有力量，德國現在不能給美國任何幫助，而歐洲其他資本主義國家更不成為重要的軍事力量。如果戰爭不可避免，那麼讓它現在就打，而不要過幾年以後，到那時日本軍國主義將複活起來並成為美國的盟國，而在李承晚控製整個朝鮮的情況下，美國和日本將會在大陸有一個現成的橋頭堡。
以上就是我向您提出至少派五六個師時所依據的國際形勢及前景的考慮。”
10月7日我收到了毛的複信，他表示讚同我信中的基本論點，說他將派出不是6個而是9個師，但不是現在而是過一些時候再派。他要求我接見他的代表並同他們詳細會談。我當然同意接待並同他們討論給朝鮮軍事援助的詳細計劃。
從斯大林大段文字電報來看，對朝鮮來講是，現在中國不想出兵，經過我曉以利害，他們同意了。對中國來講有幾層意思：一是出兵朝鮮與中國的利益關係極大；二是現在出兵朝鮮是最為有利的；三是蘇聯將做中國的堅強後盾。但是沒有提及空軍的問題。實際上，在斯大林給中國的回電之前，10月5日中共中央和毛ze東已經做出了決定，而且在10月8日晚上也把這一決定通過中國駐朝鮮大使倪誌亮當麵報告了金日成。從什特科夫10月9日轉呈的金日成給斯大林的信及10月10日葛羅米柯會見朝鮮駐莫斯科大使朱寧河的情況也可以看出，金日成已經得知中國準備出兵的情況了，因為這時朝鮮向蘇聯提出的隻是培訓飛行員和其他技術人員的問題，顯然不是以前那種急切要求援助的問題。斯大林以為中國出兵主要是他的電報起的作用，並向朝鮮介紹出兵情況經過。
（五）空軍成了大麻煩
既然10月5日中共中央就作出了出兵朝鮮的決定，當天又收到了斯大林要求出兵的電報，為什麼10月7日才告訴蘇聯呢？顯然，對不同的國家在表達上要有所側重，同時有些情況毛ze東對斯大林還是有所保留。從分析來看，當時，毛ze東拖延答複斯大林是因為中國出兵朝鮮與美國作戰還有一個條件，即必須得到蘇聯的大力支持和援助，蘇聯能夠提供多大援助，特別是能否保證提供空軍的支援，這些都是一個未知數。中國軍隊的領導人更是明確提出，誌願軍出國作戰必須得到蘇聯空軍的支援。早在8月31日，鄧華、洪學智、解方聯名向朱德總司令建議，實現“速戰速決”方針的第一個措施就是“盡一切可能組織大量空軍參戰”，同時提出“假如蘇軍在空軍或技術裝備上能更大的幫助我們，則這一方針的實現更有了物質保證。如果我們的空軍條件不成熟，不妨推遲出動時間”。
正是因為在這個關鍵的問題上還沒有與蘇聯達成明確的和具體的協議，毛ze東心裏沒有底，所以，才遲遲沒有正麵回答斯大林的要求。這也正是毛ze東派周恩來、林biao到蘇聯與斯大林進行直接會談的根本目的。
中國軍隊進入朝鮮與美國軍隊作戰，從軍事角度講，最不利的條件就是缺少空軍。根據俄國的文獻，中國早在7月初就提出空軍的問題了，而且中蘇之間已經交換過意見。周恩來在7月2日與蘇聯大使羅申的談話中就詢問蘇聯空軍是否有可能掩護中國入朝作戰的部隊。7月5日斯大林對此做了答複，他要羅申轉告周恩來，蘇聯將“盡力”為入朝作戰的誌願軍部隊“提供空中掩護”。斯大林在7月13日經羅申給周恩來或毛ze東的電報中再次明確表示：“我們尚不知道您是否已決定在中朝邊界部署9個中國師。如果您已做出這樣的決定，那麼我們準備給您派去一個配備124架飛機的噴氣式殲擊機師，用於掩護這些部隊。”
斯大林進一步說：“我們打算由我們的飛行員培訓中國飛行員兩到三個月，然後把全部裝備轉交給你們的飛行員。我們打算讓在上海的航空師也這樣做。”7月22日羅申轉呈了毛ze東關於這一問題致斯大林的電報，其中談到：“對於你們用以掩護我軍的一個噴氣式殲擊機師，我們擬將其配置在沈陽地區，其中兩個團配置在鞍山，一個團配置在遼陽，這將有助於在我駐安東地區混成航空兵旅各殲擊航空兵團的配合下完成對我軍及沈陽、安東、撫順工業區進行掩護的任務。”毛ze東還表示中國有能力於1951年3—4月前“完成接收蘇聯兩個航空兵師全部武器裝備的工作”。
7月25日蘇聯副外長維辛斯基給羅申電報還談到：“經菲利波夫同意，轉告毛ze東或周恩來，我們同意他們提出的訓練中國飛行員駕駛噴氣式飛機的步驟和時間安排。”8月27日斯大林又致電周恩來：“蘇聯政府答應您關於派蘇聯軍事顧問——防空專家和空軍專家——到華東和東北軍區的要求。38名顧問將被派到中國，其中10名是防空專家，28名是空軍專家。至於其餘26名顧問，我們認為不是特別需要派他們去，因為這些顧問的工作可以由派去的38名顧問完成。”
從中蘇相互往來的電文看，雙方在蘇聯幫助中國空軍建設和訓練的問題上談的比較仔細，並做出了具體安排和計劃，至於掩護中國入朝部隊作戰的問題，無論斯大林還是毛ze東的電報都沒有實際協商。然而，麵對斯大林如此幫助中國建設空軍，似乎給人感覺要直接支援中國打仗。當時，中國的領導人還沒有完全意識到幫助建設與支援打仗、後方掩護與前方作戰完全是兩回事，“教你飛”與“我要飛”是有根本區別的，而斯大林對此早就是確定的原則（法寶），根本不可觸動的，而中國領導人還沒有摸到斯大林的底牌。
從軍事角度講，關於蘇聯空軍參戰這個問題是比較複雜的，中蘇雙方當時未談清楚的地方有三點：一是蘇聯空軍出動的時間問題，是與中國軍隊同時行動還是讓中國地麵部隊先行一步？二是蘇聯空軍援助的方式問題，是配合中國地麵部隊進入朝鮮作戰還是隻負責中國領土的防空或掩護中國部隊的後方供應線？三是蘇聯配備124架噴氣式殲擊機到了中國，中國飛行員還沒有培養出來，發生戰爭怎麼辦？從蘇聯盡量避免與美國發生直接軍事衝突的戰略方針來分析，斯大林的想法是避免在使用蘇聯空軍的問題上過早地做出明確和具體的承諾，特別是不可能使用蘇聯空軍與中國陸軍協同對美國作戰，那樣，就等於蘇聯直接參戰了。但是對於中國方麵來講，並不了解斯大林對朝鮮戰爭、對美國的真實想法，中國要求蘇聯援助的目的是很明白的，關鍵就是蘇聯空軍能夠協同中國地麵部隊入朝作戰，因為當時中國還沒有一支真正的空軍部隊，一旦戰爭打起來，在空軍方麵隻能依靠蘇聯。
決定出兵以後，中國軍事指揮員對這方麵的要求就顯得非常迫切和非常具體了，因為，中國軍人知道朝鮮人民軍與聯合國軍作戰時就沒有空軍的支援和掩護，遭受了很大損失。在10月9日彭德懷在沈陽召開的誌願軍軍以上幹部會上，很多與會者特別提出了這個問題，以至會議尚未結束，彭德懷和高崗便向毛ze東發急電詢問：“我軍出國作戰時，軍委能派出多少戰鬥機和轟炸機掩護？何時能出動並由何人負責指揮？”毛ze東11日回電：“惟空軍暫時無法出動。”誌願軍總部很多領導人也認為，在沒有空軍配合的情況下出兵弊多利少，甚至建議“三兩月內新的裝備確有保證(尤其是空軍能夠出動)，則可按原計劃進行。否則，推遲出動時間的意見是很值得考慮的”。
（六）第二次出兵叫停
周恩來、林biao10月8日離開北京，因飛機中途停留，於10日到達莫斯科，11日在布爾加寧陪同下乘專機飛到黑海之濱斯大林的休養地。當天下午舉行雙邊會談，據師哲的回憶，會談的內容主要有以下幾點：(1)斯大林解釋蘇聯不能出兵的理由。斯大林認為蘇聯雖設想過幫助朝鮮，但早已聲明蘇軍從朝鮮全部撤出，所以不能出現在戰場，更不能同美國直接對抗。(2)斯大林勸中國出兵，如果中國出兵，蘇聯將供應武器和裝備。(3)周恩來闡明中國出兵的困難：中國人民長期遭受戰爭之苦，許多國計民生問題尚未解決，目前剛剛結束戰爭，正在恢複和建設，我們沒有高射炮、飛機和坦克等必須的裝備。周恩來還具體進行了說明：為了應急，我們隻好在各個軍進行武器調配，比如讓38軍全部使用日本武器，這一個軍的戰士都在用日本的三八槍，40軍全部用繳獲的美式裝備，全部用湯姆槍，隻有這樣才能勉強保證統一供應等等。斯大林雖然感到周恩來所說全是實情，但是他還是建議，如果中國不出兵，就通知金日成早些撤過鴨綠江，保存有生力量，可將主力部隊撤到中國休整，以利再戰。