1971年3月中旬，中國乒乓球隊各項參賽工作準備完畢。14日夜，周恩來召集外交部、國家體委等部門負責人會議，聽取關於中國隊赴日參賽問題的彙報。這時，體委內部又出現去和不去兩種不同意見，不讚成去的還占多數，理由是國外有幾股敵對勢力想破壞中國隊的參賽，去了危險性很大。周恩來沉思片刻後說：“不去怎麼能行？我們怎麼能不守信用呢？”接著，他耐心地闡明派隊參賽的理由，果斷地說：“我們信守諾言，參加第31屆世乒賽。”他邊說邊抽出筆，當場給毛澤東寫報告，提出：此次出國參賽，已成為一次嚴重的國際鬥爭；我方提出“友誼第一，比賽第二”，即使輸了也不要緊，反正政治上占了上風。寫完後，馬上要秘書將報告發出。15日一早，毛澤東的批示傳到體委：“照辦。我隊應去，並準備死幾個人。不死更好。要一不怕苦，二不怕死。”
3月28日至4月7日，中國乒乓球隊如期赴日參賽，“寶刀”不老的中國男女隊員一舉榮獲4項冠軍，其銳氣不減當年。在短短幾天時間裏，中國運動員還與包括美國在內的各國運動員進行了友好接觸，表現出“友誼第一，比賽第二”的精神風貌。由此，在日參賽的美國乒乓球隊向中方提出了訪華的請求。
4月3日，外交部、國家體委就美國隊訪華問題寫報告給周恩來，認為目前時機“還不成熟”。第二天，周恩來將報告送毛澤東審批。經過反複考慮，毛澤東在7日作出邀請美隊訪華的決定。周恩來立刻告訴外交部電話通知在日本的中國代表團，正式向美方發出邀請。當中國代表團負責人在名古屋宣布這一富有象征性含義的消息後，立刻引起轟動，日本各大報紙都在頭版頭條登出消息，報道中美之間的“乒乓外交”。周恩來興奮地在轉給毛澤東的一份報告上寫道：“電話傳過去後，名古屋盛傳這一震動世界的消息，超過31屆國際比賽的消息。”當晚，周恩來興奮地向出席全國旅遊和援外工作會議的代表宣布：“從今天起，我們展開了新的外交攻勢，首先從中國乒乓球隊開始。……”
消息也很快傳到美國白宮。中方導演的“乒乓外交”的傑作，令白宮的主人欽佩不已。尼克鬆後來承認：這是以美方“完全沒有料到的方式出現了一個突破”。
一周以後，周恩來在北京接見剛剛來到中國的美國乒乓球代表團全體成員。他說：“中美兩國人民過去往來是很頻繁的，以後中斷了一個很長的時間。你們這次應邀來訪，打開了兩國人民友好往來的大門。”會見中，美國隊員格倫·科恩向周恩來詢問他對美國青年中流行的“嬉皮士”的看法。周恩來坦誠地回答：“現在世界青年對現狀有點不滿，想尋求真理。青年思想波動時會表現為各種形式。但各種表現形式不一定都是成熟的或固定的。”“按照人類發展來看，一個普遍真理最後總要被人們去認識的，和自然界的規律一樣。我們讚成任何青年都有這種探討的要求，這是好事。要通過自己的實踐認識。但是有一點，總要找到大多數人的共同性，這就可以使人類的大多數得到發展，得到進步，得到幸福。”
作為東方大國的總理，周恩來的好客、謙遜和睿智的風度，給第一次來到這塊被認為是“神秘國土”的美國人以良好、深刻的印象，並引起全世界輿論的關注。
“乒乓外交”取得了“小球推動地球”的戲劇性效果，加快了實現中美高級接觸的進程。
（三）基辛格秘密訪華
1971年4月21日，周恩來通過中國駐巴基斯坦大使館向美國政府遞交《周恩來總理給尼克鬆總統的口信》：“要從根本上恢複中美兩國關係，必須從中國的台灣和台灣海峽地區撤走美國一切武裝力量。而解決這一關鍵問題，隻有通過高級領導人直接商談，才能找到辦法。因此，中國政府重申，願意公開接待美國總統特使如基辛格博士，或美國國務卿甚至美國總統本人來北京直接商談。”
4月底，尼克鬆獲悉《口信》後，先以口頭方式回複中方，表示接受邀請。5月17日，美方又通過巴基斯坦駐美大使正式答複中方：尼克鬆總統“準備在北京同中華人民共和國諸位領導進行認真交談，雙方可以自由提出各自主要關心的問題”。並提議：“由基辛格博士同周恩來總理或另一位適當的中國高級官員舉行一次秘密的預備會談。基辛格在6月15日以後來中國。”