於是兩國定於1688年在色楞格斯克進行談判。中國使團於是從北京啟程去色楞格斯克，行抵克魯倫河附近，因準噶爾部進犯喀爾喀蒙古，道路阻隔，無法通行，索額圖使團不得不返回北京。又與俄國代表商定，會談改為1689年在尼布楚進行。
1689年，清朝索額圖使團自北京啟程，出古北口北行，到達尼布楚，在石勒喀河南岸紮營。使團成員有：領侍衛內大臣索額圖、都統一等公佟國綱、都統郎談、都統班達爾善、黑龍江將軍薩布素、護軍統領瑪喇、理藩院侍郎溫達，翻譯是耶穌會士法國人張誠（法國名字弗朗索瓦·熱拉皮翁）、葡萄牙人徐日升。
俄國戈洛文使團1686年2月從莫斯科出發，1687年9月到達貝加爾湖東岸，在那裏停留了兩年之久，1689年8月19日才到達尼布楚。使團成員有：禦前大臣戈洛文、伊拉托木斯克總督符拉索夫、秘書科爾尼茨基。
雙方經過一段時間準備，於8月22日開始正式會談。會議一開始，俄方代表就提出兩國以黑龍江至海為界，左岸屬俄國，右岸屬中國，妄圖在談判桌上取得它用武力未能得到的黑龍江以北大片領土。這一要求，被中方代表嚴詞拒絕。索額圖明確闡述了中國領有黑龍江的情況，提出兩國應以鄂嫩河、尼布楚一帶劃界。雙方辯論一天，沒有結果。
8月23日，中俄雙方使臣舉行第二次會議。俄方開始仍堅持原方案，談判呈現僵局。戈洛文見第一方案不能實現，便稍微降低要價，企圖以牛滿河或精奇裏江為界。索額圖抱著早日締約劃界的願望，一方麵明確表示不同意俄方的第二方案，另一方麵則主動做出讓步，表示可以把尼布楚讓給俄國。俄方對中方的這一讓步仍不滿意。
索額圖和戈洛文簽訂《尼布楚條約》
經過半個月的艱苦談判，雙方終於達成協議。9月7日（清康熙二十六年七月二十四日），中俄兩國簽訂了第一個邊界條約——《中俄尼布楚條約》，內容為：
從黑龍江支流格爾必齊河到外興安嶺直到海，嶺南屬於中國，嶺北屬於俄羅斯。西以額爾古納河為界，南屬中國，北屬俄國，額爾古納河南岸之黑裏勒克河口諸房舍，應悉遷移於北岸；雅克薩地方屬於中國，拆毀雅克薩城，俄人遷回俄境。兩國獵戶人等不得擅自越境，否則捕拿問罪。十數人以上集體越境須報聞兩國皇帝，依罪處以死刑；此約訂定以前所有一切事情，永作罷論。自兩國永好已定之日起，嗣後有逃亡者，各不收納，並應械係遣還。
雙方在對方國家的僑民“悉聽如舊”。
兩國人帶有往來文票（護照）的，允許其邊境貿易；和好已定，兩國永敦睦誼，自來邊境一切爭執永予廢除，倘各嚴守約章，爭端無自而起。
條約有滿文、俄文、拉丁文三種文本，以拉丁文為準，並勒石立碑。碑文用滿、漢、俄、蒙、拉丁五種文字刻成。俄國事實上承認侵略中國黑龍江地區為非法，同意把侵入這一地區的沙俄軍隊撤回本國。沙俄通過《尼布楚條約》把中國方麵讓予的貝加爾湖以東尼布楚一帶地方納入它的版圖，並獲得重大的通商利益。條約的全部條款及交涉過程都表明，這個條約是經過平等談判、中國政府作了讓步的結果。在條約簽訂後的150多年間，東北邊疆獲得了比較長久的安寧，黑龍江流域在此期間沒有發生重大的邊界衝突。