在和苏联两位政治人物交谈的过程中，毛泽东又一次提出了中苏此次谈判的三种选择：（1）签订新的中苏条约；（2）由两国通讯社发表一个简单公报，说明两国对旧的中苏友好同盟条约交换了意见，而实际上把这个问题拖下来；（3）签订一个声明，内容是讲两国关系的要点。如果按二、三两个方案做，周恩来可以不来。
莫洛托夫马上说： 第一项办法好，周恩来可以来。
毛泽东追问： 是否以新条约代替旧条约？
莫洛托夫明确回答： 是的。
毛泽东当即说出了他的安排： 我的电报1月3日到北京，恩来准备5天，1月9日从北京动身，坐火车11天，1月19日到莫斯科，1月20日至月底约10天时间谈判及签订各项条约，2月初我和周一道回国。
至此，由于中苏条约签订与否而引起的毛泽东与斯大林之间的不快，总算是烟消云散了。
最难的一关过去了，毛泽东和斯大林都开始努力表现友好合作的姿态。
1月20日，周恩来抵达莫斯科。两天后斯大林与毛泽东的第三次会谈，双方的配合很默契。这一点可以从会谈记录的一个片段中清楚地表现出来。
毛泽东：根据目前形势，我们认为，我们应当借助条约和协定把现存于我们之间的友好关系固定下来。这无论在中国还是在国际关系方面都会引起积极反应。在友好同盟条约中应当把保障我们两国繁荣的内容固定下来，还应规定必须防止日本重新侵略。既然希望两国繁荣，那么就不能排除帝国主义国家企图阻挠这件事。
斯大林：对的。日本保留了干部，特别是在美国继续奉行他们目前政策的条件下，日本必然会重新抬头。
毛泽东：我说的两点要把我们未来的条约同现条约从根本上区别开来。过去，国民党只是口头上谈友谊。现在，情况变了，也具备了真正友谊与合作的一切条件。此外，如果过去说的是在进行对日战争时的合作的话，现在说的应是防止日本侵略。新条约应当包括政治、经济、文化和军事合作的各项问题，最重要的问题是经济合作。
斯大林：要不要保留写入原友好条约的第三条规定呢？即 在两个缔约大国要求联合国承担防止日本今后侵略的责任以前，本条款继续有效 。
毛泽东：我想，这一条就不必保留了。
斯大林：我也认为不必了。在新条约中应规定哪些条款呢？
毛泽东：我们认为，在新条约中必须规定在国际问题上协商的条文。把这一条列入条约将增强我们的地位，因为在中国，民族资产阶级中还存在着在国际关系上反对向苏联靠拢的意见。
斯大林：好的。在缔结友好合作条约时写上这一条是理所当然的。
由以上会谈记录可以看出，此时毛泽东与斯大林的关系已经相当融洽，在许多问题上容易找到共同的语言。
1950年2月14日，中苏两国政府正式签订了《中苏友好同盟互助条约》、《关于中国长春铁路、旅顺口及大连的协定》，以及《关于苏联贷款给中华人民共和国的协定》等文件。
在签字仪式上，毛泽东与斯大林站在最中间。斯大林的身材比毛泽东略低，在记者给他们拍照时，斯大林总要往前挪上一两步，这样，在照片和影片上，他就不会显得比毛泽东矮，或许还要高些。各种镜头对着他们，摄影灯在不断地调整，出席仪式的中苏官员都显得精神亢奋，场面相当热烈。
应该说，毛泽东莫斯科之行的收获是巨大的。他一系列坚持不懈的努力，促使斯大林最终同意签订新的中苏友好条约，完成了此行的主要目的，使中苏两国关系跃上了一个崭新的台阶，同时也基本上达到了沟通两位领导人之间思想与感情的目的。《中苏友好同盟互助条约》及其相应协议，尽管少数条款还不尽如人意，但总体上是符合中国愿望的。
