5月25日，中央政治局扩大会议结束的前一天，经康生策划，北京大学干部聂元梓等7人在校内贴出矛头对准北大党委和北京市委有关部门的大字报《陆平、宋硕、彭珮云在文化革命中究竟干了些什么？》。当天夜里，周恩来派人前往北大了解情况，严肃批评聂元梓等人的做法不符合中央内外有别的规定，是破坏纪律的行为。
康生却背着在北京的刘少奇、周恩来、邓小平，私下将聂元梓等人的大字报底稿，送给远在杭州的毛泽东。6月1日晚，根据毛泽东的指示，大字报向全国广播。第二天，《人民日报》转载这篇大字报，同时发表评论员文章《欢呼北大的一张大字报》。这件事立刻引起极大的轰动。各大、中学学生纷纷起来，贴大字报，开批斗会，“造修正主义的反”。文化革命运动在北京和全国迅猛地展开。在北京主持中央日常工作的刘少奇、周恩来、邓小平等对这件事都毫无思想准备。陈毅曾就发表聂元梓等人大字报一事当面问周恩来：这么大的事情，为什么连招呼都不打一个？周恩来回答道：我也是在临近广播前才接到康生的电话，说要发表这篇大字报。后来，毛泽东对《人民日报》评论员文章写下批注：“危害革命的错误领导，不应当无条件接受，而应当坚决抵制。”显然，这里是有所指的。
毛泽东写出了令与会者震惊的《炮打司令部——我的一张大字报》，和少奇、小平一样，周恩来才知道“资产阶级代表人物”是指什么
1966年6月15日，根据原先决定却一再推迟的计划，周恩来出访罗马尼亚、阿尔巴尼亚。在为时半个月的出访中，周恩来的心情一直处于一种异乎寻常的紧张状态中。在回国途经巴基斯坦时，巴基斯坦总统阿尤布·汗发现：周总理同以往有些不一样，缺乏通常的那种爽快的情绪——是否因为太忙和太疲倦，还是其他原因？其实，最使周恩来放心不下的还是国内变幻莫测的政治局势。
7月1日，周恩来回到北京。这时，一些大中学校已出现乱批乱斗，对批斗对象（主要是党政负责人和教师）进行毒打和人身侮辱等严重问题。中共中央领导层中对工作组废存去留的两种不同意见正在激烈交锋：刘少奇、邓小平等坚持运动要有党的领导，要较有秩序地进行，认为在许多学校的党委已不能正常工作的情况下，派工作组是必要的；而陈伯达等却几次反对派工作组，认为这样做不利于放手地让群众起来“革命”。
就在这个期间，毛泽东听了陈伯达、江青等的汇报后，已经认定派工作组是压制群众、阻碍运动，下决心撤销工作组，“要由革命师生自己闹革命”。
他严厉地指责说：“阻碍革命势必帮助反革命、帮助‘黑帮’。”这无疑使周恩来感到困惑。7月28日，他第三次来到北京第二外国语学院时对师生们说：“在这场运动中，主观上革命的，不一定不犯错误；百分之百的对是没有的，我就不保险。”
8月1日，毛泽东主持召开中共八届十一中全会。
全会开幕当天，毛泽东在会上激烈指责派工作组的做法，认为工作组“起了一个镇压群众、阻碍群众的作用”，“百分之九十以上的工作组都是干尽了坏事”。同一天，他写信给反对工作组的北京清华附中红卫兵，对他们的革命造反精神“表示热烈的支持”。这时，全国各学校已普遍出现揪斗工作组的现象，并开始冲击派出工作组的各党政机关。这封信对他们是很大的鼓励和支持。
8月3日、4日，毛泽东对工作组的指责更加尖锐。他在中央常委扩大会议上说：“讲客气一点是方向性错误，实际上是站在资产阶级立场，反对无产阶级革命！”“牛鬼蛇神，在座的就有。”会议气氛骤然紧张起来。按照毛泽东的意见，全会改变原定议程，延长了会期。周恩来似乎预感到将要发生什么变故，他再次叮嘱值班秘书：如果主席处通知开会或谈事情，即使我已经休息了，也要把我叫醒。
果然，在8月5日，毛泽东写出了使全体与会者震惊的《炮打司令部——我的一张大字报》。他用极其严厉的词句批评以刘少奇为首的所谓“资产阶级司令部”，指责他们“在五十多天里”，“站在反动的资产阶级立场上，实行资产阶级专政，将无产阶级轰轰烈烈的‘文化大革命’运动打下去，颠倒是非，混淆黑白，围剿革命派，压制不同意见，实行白色恐怖，自以为得意，长资产阶级的威风，灭无产阶级的志气，又何其毒也”！
毛泽东这篇极不寻常的“大字报”，第一次在党内高层中公开了他长期以来对中央“一线”工作的不满，并且把派工作组这件事提到了“实行资产阶级专政”那样的高度。这些，周恩来都摆脱不掉“干系”。但毛泽东并没有把周恩来列入“资产阶级司令部”之内。
据当年参加八届十一中全会的廖汉生回忆：“一天晚上十二点，周总理在人民大会堂东大厅旁边的一个厅里召集军队各总部负责人，海、空军负责人开会，北京军区杨勇和我也出席了。我当时是八届候补中央委员，这次会是打招呼会。周总理说：‘毛主席下了决心，写了《我的一张大字报》，晚上把我叫去，交给我，让我向大会传达，后又收回去了。第二天晚上又把我找去，再把《我的一张大字报》交给我。现在毛主席已下了决心，要改组政治局常委。’打招呼会散了，周总理又向各省、市第一把手打招呼。”
和刘少奇、邓小平一样，周恩来也是到这时才明白毛泽东在《五一六通知》中所称的“资产阶级代表人物”指的是什么。在这期间，周恩来变得更加沉默寡言了，他对廖汉生等两次说到“现在毛主席已下了决心”，说明他已明白这种发展趋势是难以改变的。
8月11日，中共八届十一中全会重新选举了中央政治局常委，毛泽东、林彪、周恩来、陶铸、陈伯达、邓小平、康生、刘少奇、朱德、李富春、陈云11人当选。但新当选常委的排列次序有了重大变化：林彪紧接毛泽东之后，一下子成为“第二号人物”；而刘少奇由原来的第二位退居第八位。在后来公开宣布党中央领导人职务时，除林彪以外，刘少奇、周恩来、朱德、陈云四人原来担任的中共中央副主席和邓小平原来担任的总书记职务都不再提起。毛泽东在全会闭幕式上说：这回组织上有些改变，是为了保证中央关于无产阶级“文化大革命”决定及全会公报的实行。“如果不开这次全会，再搞几个月，我看事情就要坏得多”。
