2月25日，尼克鬆向國會提出他的第二個政策報告，重申希望改善美中關係。3月15日，美國國務院宣布取消對使用美國護照去中國大陸旅行的一切限製。4月20日，尼克鬆又宣布將大幅度放寬20多年來的對華貿易禁運。
1971年4月初，中美關係又向前邁出了新的一大步。經毛澤東親自批準，4月6日，正在日本名古屋參加第31屆世界乒乓球錦標賽的美國乒乓球隊受到中方的訪華邀請。4月14日，周恩來總理在人民大會堂接見了美國乒乓球代表隊的成員，對他們說：“你們在中美兩國人民的關係上打開了一個新篇章。我相信，我們友誼的這一新開端必將受到我們兩國多數人民的支持。”
“乒乓外交”後，中美雙方通過各種途徑繼續努力，以實現中美領導人的高級會晤。1971年4月27日，巴基斯坦駐美大使向白宮轉達了周恩來的一個口信，表示中國政府“願意在北京公開接待美國總統的一位特使（例如基辛格先生）或美國國務卿甚或美國總統本人”，以進行直接會晤和商談。5月10日，尼克鬆在複信中表示準備接受周恩來總理的邀請，並建議由他的國家安全事務助理基辛格在他訪華之前去北京同中國高級官員舉行初步的秘密會談，並為他的訪華作安排。
7月6日，尼克鬆飛往密蘇裏州的堪薩斯城，向一大批中西部新聞機構的負責人發表講話，承認世界發生了非常重要的變化，出現了美國、西歐、日本、蘇聯和中國“五大力量中心”，他們之間的關係將決定世界的前途，美國已不再是無與倫比的超級大國。尼克鬆聲稱：“大陸中國置身於國際大家庭之外，完全孑然獨處，它的領導人和世界領導人互不溝通，這樣對全世界將是一種危險，而這種情況是不能接受的。因此，現在必須采取這個步驟。在對方做出響應的情況下，還必須很明確地、很審慎地采取其他的步驟。”
為了掩人耳目，白宮對基辛格的中國之行作了精心的安排。7月1日，基辛格飛往西貢，同南越總統阮文紹和美國大使邦克會晤。7月4日，基辛格抵達曼穀。7月6日飛抵新德裏。7月8日，來到巴基斯坦新建的首都伊斯蘭堡。當日下午，基辛格對葉海亞·汗總統作了90分鍾的禮節性拜會。過後，基辛格聲稱肚子痛，需臥床休息，謝絕報界采訪。7月9日，巴基斯坦政府對外宣稱基辛格“略感不適”，需要休息幾天。但實際上，在葉海亞·汗總統的合作下，基辛格於這天淩晨搭乘一架巴基斯坦國際航空公司的波音－707飛機飛往北京，同行的有他的三名助手和兩位特工。當日中午，基辛格一行抵達北京。7月9日到11日，基辛格同周恩來總理共會談了17個小時。雙方就中美關係及國際局勢麵對麵地交換了意見。7月15日，中美雙方同時發表公告：尼克鬆總統將於1972年5月之前的適當時間訪問中國。公告發表後立即在世界上引起強烈的震動，受到美國國內普遍的歡迎。10月25
日第二十六屆聯合國大會以76票讚成，35票反對，17票棄權的壓倒多數通過決議，恢複中華人民共和國在聯合國的一切合法權利，並立即把蔣介石集團的代表驅逐出去。這表明中國在國際社會的地位有了很大的提高，並促使美國政府對於改善中美關係的急迫性有了進一步的認識，由此加快了中美關係正常化的步伐。
到1972年2月中旬，中美雙方已就尼克鬆訪華事宜準備妥當。17日，尼克鬆一行離開華盛頓，開始了自稱為是“一次謀求和平的旅行”的中國之行。這是曆史上第一位現職總統對中國的訪問。這次訪問成為電視屏幕上的關注焦點。21日，尼克鬆一行到達北京。當他走下舷梯，伸出手與周恩來總理的手相握時，中美關係由此揭開了一個新的篇章。
在當日下午毛澤東和尼克鬆的曆史性會晤中，雙方談話妙趣橫生，完全不像相互敵對多年的對手的初次談話。尼克鬆稱讚毛澤東的著作“推動了一個民族，改變了整個世界”，毛澤東謙虛地說他隻“改變了北京郊區的幾個地方”。毛澤東巧妙地引出台灣問題，說“蔣委員長叫我們共匪”，其實，“我們同他的交情比你們同他的交情長得多”。當毛澤東談到基辛格秘密的北京之行時，開玩笑說基辛格不像一個“特務”，尼克鬆也幽默地說基辛格曾去巴黎12次，來北京1次，除了“兩三個漂亮姑娘”外，再沒有人知道。在場的基辛格馬上申辯，“她們也不知道”，並解釋說他“隻是用她們作掩護”。尼克鬆還“特意”聲明：基辛格是利用“他的姑娘”作掩護，而不是尼克鬆本人的姑娘，否則，“麻煩就大了”。