尼克鬆到達國賓館一個小時後，基辛格突然報告說毛澤東要會見他。隨後，尼克鬆就乘車去中南海會見毛澤東。中美兩國領導人雙雙伸出手來，握手“約一分鍾之久”。在毛澤東和尼克鬆舉行曆史性會談時，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”，並順勢引出台灣問題：“我們共同的老朋友蔣委員長可不喜歡這個。他叫我們‘共匪’，最近他有一個講話，你看過沒有？”尼克鬆沒有正麵回答，而是接過話題反問：“蔣介石稱主席為‘匪’，不知道您叫他什麼？”當翻譯把尼克鬆的話翻完後，毛澤東輕聲地笑了起來，周恩來笑著回答說：“一般來說，我們叫他們蔣幫。在報紙上，有時我們稱他們做匪，他反過來也叫我們匪，總之相互對罵就是了。”毛澤東說：“實際上，我們同他的交情比你們長。”
當尼克鬆接著準備談台灣、越南、朝鮮、日本和蘇聯問題時，毛澤東指著周恩來說：這些問題是他同你談的。接著，毛澤東表示中美之間不存在根本的利害衝突。他說：“來自美國方麵的侵略，或者來自中國方麵的侵略，這個問題比較小，也可以說不是大問題，因為現在不存在中美兩國互相打仗的問題。”他還為中美之間的缺少交往主動承擔了責任，說：“我們辦事也存在官僚主義，你們要搞人員來往這些事，搞點小生意，我們就是死不幹，包括我在內。後來發現還是你們對，所以就打乒乓球。”尼克鬆說他讀過毛澤東的一些著作，懂得“隻爭朝夕”。毛澤東說：“我們談得成也行，談不成也行，何必那麼僵著呢？一定要談成。”還說：“一次沒有談成，無非是我們的路子走錯了，那我們第二次又談成了。”尼克鬆在臨走時也談到：“曆史把我們帶到一起來了。”“問題是我們能不能實現一個突破，這個突破將不僅有利於中國和美國，而且有利於今後多年的世界。我們就是為了這個而來的。”
以後的幾天裏，周恩來和尼克鬆本著求同存異的精神就共同關心的國際問題和雙邊關係問題坦率深入地交換了意見。當然，在這些問題中，台灣問題被放在了首位。尼克鬆表明了他對台灣問題的五項意見和看法：（1）隻有一個中國，台灣是中國的一部分，今後不再提台灣地位“未定”；（2）不支持台灣獨立運動；（3）將在力所能及的範圍內勸阻日本，使其不進入台灣，也不鼓勵日本支持“台獨”；（4）支持任何關於和平解決台灣問題的辦法，不支持台灣當局用任何軍事方法回到大陸的企圖；（5）尋求美中關係正常化，四年內從台灣撤走軍事人員和設施。但尼克鬆同時也強調：出於其在政治上遇到的實際困難，不能馬上丟棄台灣，希望在其第二任期解決美中關係正常化的問題。
周恩來在會談中表示了以下觀點：（1）美方還是一句“老話”——“不願丟掉老朋友”。實際上，美國已經丟掉不少“老朋友”了。“老朋友”有好有不好，應該有所選擇。（2）美方說希望和平解放台灣。我們隻能說“爭取和平解放台灣”。因為和平解放是兩方麵的事。僅我們願意，蔣介石不幹還是不行。（3）坦率地講，就是希望尼克鬆在第二任期內解決台灣問題，因為“蔣介石已經為時不多了”。
當周恩來和尼克鬆進行實質性問題會談時，基辛格卻留在釣魚台和喬冠華副外長逐字逐句研究推敲即將發表的中美聯合公報。其中，最棘手、最困難的仍是關於對台灣問題的表述。2月24日，喬冠華就美方提出的新方案發表看法：（1）既然美方承認台灣海峽兩岸的人都認為隻有一個中國，台灣是中國一部分，那麼台灣問題就是中國的內政。美方表示“關心”台灣的和平解決，中方則“希望”通過和平談判解決，但不能承諾放棄武力。（2）台灣本來就是中國領土，美國將其作為軍事基地，理應全部撤軍。中方的措辭是“逐步減少直至全部撤出”。而美方的措辭隻談“逐步減少”，避而不談“完全撤出”，中方不能同意。談判陷入困境。基辛格問如果尋找不到可為雙方接受的措辭怎麼辦，喬冠華回答說：“那就難說了，達不成協議不發公報也可以。”此話使基辛格感到有點緊張。