9月27日晚上8时30分，毛泽东在他的书房会见了田中一行。
毛泽东的谈话风趣幽默，一下子让田中一行放松了许多。
毛泽东：怎么样？吵架了吧？不打不成交嘛！
田中：吵是吵了，但基本上解决了问题。
毛泽东：吵出结果来就不吵了嘛。
周恩来：两国外长很努力。
田中：是的，两国外长很努力。
毛泽东：（对大平）你把他（姬鹏飞）打败了吧？（众笑）大平：没有。我们是平等的。
周恩来：他们俩正好同岁。
毛泽东：噢。（指姬鹏飞）此人是周朝人，是文王的后代。
周恩来：周文王姓姬，姓他（姬鹏飞）的姓，不姓我的姓。
毛泽东：他（姬鹏飞）是个医生。是外科还是内科？
姬鹏飞：内科。
毛泽东：（对田中）你有病，请他去治。（众笑）田中：这次周总理对我们照顾得很好。我们进行了圆满的会谈。
毛泽东：你们那个“增添麻烦”的问题怎么解决的？
田中：我们准备按照中国的习惯来改。
毛泽东：一些女同志不满意啊！年轻人认为“添了麻烦”这种说法是不充分的，通不过的。因为在中国，这是在往妇女裙子上洒了水之后使用的语言。
……毛泽东的风趣幽默让田中一行近距离感受到一个伟人的魅力。谈话始终在轻松活跃的气氛中进行。
毛泽东说：你们到北京来，全世界都战战兢兢，主要是一个苏联，一个美国。他们不太放心了，晓得你们在那里捣什么鬼啊？
田中说：我这次也到美国和尼克松总统进行了会谈。美国也承认日本来访问中国是符合世界潮流的必然发展趋势的。
毛泽东说：现在彼此都有这个需要，这也是尼克松总统跟我讲的。
毛泽东还问中日联合声明什么时候发表，周恩来回答说：今天晚上可以共同研究定稿。除中日文外，还要翻译成英文，然后才能发表。
经过充分协商，9月28日凌晨3点，中日联合声明终于最后定稿。
中日双方有分歧的几个问题最后是这样解决的？
关于复交三原则，前言中明确写上了日本方面充分理解中华人民共和国提出的复交三原则。同时，为照顾日方的困难，“日台条约是非法的、无效的，必须废除”这一条不再写入声明内，而采用日本外相谈话的形式宣告该条约的结束。
关于“添了麻烦”的问题，在声明中写入了“日本方面痛感日本国过去由于战争给中国人民造成的重大损害的责任，表示深刻的反省”，代替了“添了很大的麻烦”。
关于战争状态结束问题，正文第一条将原稿“战争状态的结束”改写为“不正常状态宣告结束”。但在前言中保留“战争状态的结束，中日邦交的正常化”的句子。这样就能作比较灵活的理解，双方的意愿都照顾到了。
关于台湾问题，写入正文第三条，并根据日方意见，采用中国与荷兰建交时的办法，即中国重申台湾是中华人民共和国领土的一部分，日本政府对此表示充分理解。但同时必须写上日本坚持波茨坦公告第八条。这第八条要求是必须实施开罗宣言，而开罗宣言又规定台湾归还中国。这样的写法实际上排除了“台湾地位未定论”。
关于第三国关系的问题，采纳“中日友好不针对第三国”的提法，以取代日方草案中关于“中日友好不应该损害任何一方同其他友好国家关系”的提法。
9月28日下午，周恩来和田中等人举行最后一次会谈。双方表示同意两国外长定稿的联合声明。
鉴于在日台关系问题上，还有一个日方在联合声明发表后采用对外发表谈话的形式宣告与台湾断交的问题，周恩来对田中说：“明天发表建交的联合声明后，大平外相根据田中首相的指示，准备对记者发表一个讲话，声明日本政府将跟台湾断绝外交关系，对此我们表示欢迎。这证明你们这次来是守信义的，这是我们两国和平友好的良好开端。我们重建邦交，首先要讲信义，这是最重要的。我们总是说，我们说话是算数的。中国有句古话说：‘言必信，行必果’。你们这次来表现了这个精神。”
