新疆省主席必然会涉及和苏联打交道，经国的资历、条件非常充分。甚至，他和许多汉人官员不同，非常乐意到西北工作。但是，蒋委员长虽一度打算儿子下一个历练的职务是新疆省主席，到了1945年春天，却已另有想法。鉴于苏联即将出兵占领东北，抗战结束指日可待，蒋介石希望经国留在中央，随侍在侧咨商，父子俩也可以持续增进亲密关系，不过，这趟第二次新疆行倒有助于蒋经国的下一个任务——在阔别八载之后，回到莫斯科。
6月间，蒋夫人的哥哥宋子文出任行政院长，仍兼外交部长。蒋介石指示宋子文立即率团赴莫斯科商讨中苏条约，并建议宋子文带蒋经国（身份是顾问） 一起到俄京。宋子文虽然不喜欢小蒋，但小蒋是他父亲俄国事务的第一把手专家，当然从命带经国同行。事实上，宋子文在旧金山（译按，盟国筹组联合国）开会的两个月期间，蒋介石父子已经议定与斯大林谈判的策略大纲。这项政策就是，中国可以在外蒙问题上让步，交换苏联承认中国在东北的主权，以及苏方坚决承诺，不对中国共产党和新疆的反叛团体提供援助。起先，中国代表团并不预备透露在外蒙问题上有任何弹性，可是重庆报纸显然奉上级指示，暗示有妥协空间。
宋子文一行借用一架美国飞机及组员，于6月26日由重庆出发。蒋经国在青年军中官拜中将政治部主任，在访苏代表团中却只佩挂上校军阶。莫洛托夫在军用机场热切欢迎中国代表团——他在同一个机场，也曾于1939年热切欢迎希特勒的外交部长里宾特洛甫，另于1941年迎接过日本特使松冈洋佑。宋子文与斯大林有五次会谈，蒋经国至少出席了其中两次会谈。宋子文是哈佛大学毕业生，以英语发言，一名苏联译员译成俄语。斯大林非常亲切，说话相当友善。
蒋经国在代表团里姿势虽然很低，却在谈判中扮演关键角色。令宋子文大为不满的是，小蒋竟然与斯大林有一次私下密谈。我们很可以假设，蒋经国传递了他父亲的讯息。而斯大林再次盛赞蒋介石，保证苏联将与国民政府密切合作，也问起蒋方良和他们在俄国出生的长子近况如何。斯大林还交给经国一支枪，作为送给孝文的礼物。蒋经国注意到，斯大林办公室外头墙上挂了张彼得大帝的画像，他记得多年前这块地方，悬挂的是列宁站在坦克车上的一张画像。他在脑海里一转，认为换了画像，反映出斯大林观点变了，民族主义胜过意识形态——他认为，这是可喜的讯息。
中国代表团7月中旬回到重庆时，经国抱持乐观心情。斯大林向中方担保，日本投降的三个星期之后，苏军就开始撤离东北，三个月内完成撤军行动。7月20日，尽管国民党内部反对就外蒙古地位作出任何让步，蒋介石批准最后训令，只要斯大林预备承诺不干涉中国内政，在这个议题上不必再坚持。宋子文在回到莫斯科之前告诉赫尔利，任何人执行这项训令，必然毁掉政治前途。他不愿作为送掉外蒙古的中方官员。宋子文后来同意率团到莫斯科，但是在中苏条约签字前就先离开。
蒋经国没有参加第二次访苏代表团。蒋委员长显然预料到，右派人士反弹声浪一定十分猛烈，决定不让他去，以减低遭抨击的强大压力。此外，8月6日（也就是中方代表团起程前一天），中国听到原子弹摧毁广岛的新闻。华盛顿事先并未告知中方美国已有原子弹的消息，但是蒋介石当然高兴原子弹派上用场。核爆一方面可以强化斯大林尊重美国的实力，也可有助于中国最后一轮的谈判，同样也会鼓舞苏联实现中、苏条约。中、苏友好同盟条约签订于1945年8月14日，保证一旦再有日本侵略事宜，两国相互支持，互相尊重主权及领土完整的原则，互不干涉对方内政。在交换备忘录时，中国同意在苏联主导的公民投票下，外蒙人民若表决赞成独立，中国将承认外蒙的独立。莫斯科方面则承诺在道义上支持国民政府，所有的军事援助全都交付国民政府，并针对新疆最近之发展宣布“无意干预中国内政”。
