田中听了十分高兴：“这是初步计划，然后到1985年要修造至9000公里。日本人中有一种意见，认为改造日本列岛甚有困难；今天我看了万里长城，更有信心了。我想，我们改造列岛是有可能实现的。”
周恩来赞同地谈起了修长城的历史：“长城也是一段一段修建的，在秦始皇时代联成整体，后来也进行了加固、延长。”
从长城的话题转入了谈判正题。这天下午，双方有分歧的问题有了可喜的妥善解决。
在两国政府首脑之间，直接讨论如何处置日蒋条约中关于日中之间已经结束战争状况的悬案问题上，田中说：“怎么样才能使双方都交代得过去呢？昨天我曾经鼓励我们的外交官们开动脑筋。”
这时，周恩来说：“你不用担心，我有一个好主意。”
大平关心地问：“请说。”
周恩来胸有成竹地说：“我想用这样的说法来表述，就是‘中日关系正常化结束了两国之间迄今为止的不正常状况’。”
田中、大平两人不约而同地重复了一遍，互相望了一眼，大平点了点头。田中脸上露出了笑容，说：“好。用‘结束了迄今为止的不正常状况’代替‘结束了两国间的战争状况’，‘不正常状况’当然包括了‘战争状况’。”
这样的表述，使双方都能在不丧失原则立场的情况下予以接受。后来，古川万太郎在《周恩来与日中关系正常化》一文中传达了日方的感受：“周恩来实在是高深莫测的人物。据说，在日中首脑会谈时，周恩来提出这个方案之后，田中、大平才确信邦交正常化可以实现。”
在上世纪80年代，笔者在与美国著名的中国问题专家鲍大可先生交流时，鲍大可认为：这是周总理在中日复交谈判中的一大发明，这个发明，完全可以与中美谈判中基辛格所发明的那段话有“异曲同工之奥妙”。基辛格那段话是，“海峡两岸所有的中国人都认为只有一个中国”。
这天下午，日方也做了调整。有关台湾归属问题，日方同意在联合声明中写进中国方面的主张：台湾是中华人民共和国领土不可分割的一部分。日方在联合声明中表述，日方“充分理解和尊重中国政府的这一立场，并坚持遵循《波茨坦公告》第八条的立场”。《波茨坦公告》第八条是这样规定的：在使日本所窃取于中国之领土，例如满洲、台湾、澎湖列岛等，归还中国。双方经磋商，还对中日复交后，中方对日台之间只保存经济贸易和民间往来持谅解的态度；同时，日方对台湾有什么事情做，事前同中方打招呼。
会谈中，田中还表示：日本有人担心复交后，中国向日本“输出革命”。周恩来作了耐心的解释，指出：各国人民应在不受外人干涉的情况下，根据自己的志愿选择本国的制度；中国人民尊重各国人民的选择。思想是无国界的，到处传播，无法禁止；而革命是不能输出的。是否搞革命，搞什么革命，由各国人民自己选择，外国不能干涉，中国坚决反对外国干涉。
关于两国间存在的钓鱼岛争议，双方同意当前服从邦交正常化的大局，先将其搁置起来，以后再说。
周恩来还表示，关于日本同第三国的关系，尽管我们对日美安全条约有意见，为了日中复交大局，我们可以不去触及它，在联合声明中不去评价它的是非。我们还要尊重你们与美国的关系，确定中日复交不使美国为难，也不是针对美国的。
9月27日下午的首脑会谈，气氛是很和睦的，双方在信任的基础上会谈，正在接近达成一致。最后只剩下一点，即日台间的外交关系于何时用何种形式结束尚未达成协议。
这天晚上，毛主席突然要会见客人。对日方来说，这是临时的安排。田中、大平知道此次能够见到毛泽东，曾经估计是在联合声明签约的前后，但是没有料到这么快。
这天夜里，周恩来想要通宵畅饮，田中破天荒喝酒
日本有的回忆录是这样记述的：“中国方面突然通知，毛主席要与田中首相、大平外相会谈。”登长城这天晚上，晚饭刚吃完不久，晚8点钟之时，周恩来来到钓鱼台18号楼拜访田中首相，邀请田中、大平立即去见毛泽东主席。大平外相当即向周总理提出，再加上官房长官二阶堂进，周恩来同意了。
会见在中南海毛泽东书房进行，自27日晚8时30分至9时30分，进行了一个小时。
会见认真而友好，毛泽东时而用英语、时而又用日语，气氛十分活跃。
一见面，毛泽东就说：“已经吵完了吗？”
“不，不，谈得很融洽。” 田中忙说。
毛泽东笑说：“不打不成交嘛！”
毛泽东没有放过田中的“麻烦”问题，说：“半个世纪的事，你只说句‘添了麻烦’，年轻人不满意。你知道吗，在中国，这是将水溅到女孩子裙子上时说的话。”
“知道了，我会按中国习惯改换过来的。” 田中说，“我们很快要达成协议了。”
毛泽东说：“可以几十年、百把年达不成协议，也可以在几天之内解决问题。”
田中说：“我们到北京来还只有三天嘛。”
毛泽东说：“你们到北京这么一来，全世界都战战兢兢。主要是一个苏联，一个美国，这两个大国。它们不大放心了，晓得你们在那里搞什么鬼。”
在座的众人都笑了起来。
毛泽东又说：“美国人今年2月来了没建交，你们跑到他们前头去了，心里总有点不那么舒服就是了。”
田中说：“上个月，基辛格在东京问我，为什么要急于访华，我告诉他：中国和日本之间的关系要比美国和日本之间的关系久远得多啊。”
毛泽东说：“我很赞赏你这么说。”
毛泽东谈到了中日两国交往史，从中国史谈到日本的政治制度和选举，从读书、汉字谈到文化的渊源，从日本天皇谈到中国唯一的天皇--唐朝第三代皇帝、武则天的丈夫唐高宗，从四书五经谈到家庭，从马克思主义谈到佛教，还谈到了毛泽东自己的少儿时代。
毛泽东还说：“上次我对尼克松说，我喜欢右派，你竞选时我投了你一票。这回我也投了你们的票啊，你是自民党主力嘛，主力不来怎么行？所以有些人骂我们专门勾结右派。我说，你们日本在野党不能解决问题，解决中日复交问题还是靠自民党的政府。”
毛泽东指着在座的廖承志：“他是在日本出生的，田中先生，这次你把他领回去吧。”
田中笑说：“廖先生在日本很有名气，他如果参加参议院选举，一定会当选的。”
田中知道，会见该结束了。毛泽东指着房里四处堆积的书籍，说：“我有读不完的书。每天不读书就无法生活。”他指着书橱上六卷本《楚辞集注》说，“这套书是送给田中首相的礼物。”周恩来走了两步去将书从橱上取下，递给了田中。
田中收下书，紧握着毛泽东的手，不住地点头，说：“多谢，多谢。毛主席知识渊博，还这样用功。我不能再喊忙了，要更多地学习。那么，祝您健康长寿。”
毛泽东一直把客人送到书房外的走廊中间。
毛泽东与田中、大平会见，意味着中日复交谈判的难关已过。次日即9月28日下午3时40分，第四轮首脑会谈在钓鱼台18号楼进行。气氛更为融洽，双方就外长一级进行磋商的联合声明的内容最后达成了协议，并一致同意在9月29日建立两国间的外交关系。
这次会谈，主要是讨论剩下的日台外交关系如何处理问题。
在讨论中，大平表示说：“日本方面将单独发表声明，宣布结束同台湾的外交关系。”
周恩来问：“什么时候发表，请明确说明具体日期。”
大平说：“请相信，外交问题是绝对不会失信的。如果日期定下来了，万一届时晚一个小时或一天，就会影响两国的信赖关系。因此，相信我吧，由我来办。”
周恩来说：“我们重建邦交，首先要讲信义，这是最重要的。我们同国外交往，讲话一向是算数的。”接着，他从《论语·子路篇》中摘引了“言必信，行必果”，说：“这是孔子回答子贡的问话，说作为一个‘士’应具备三个条件中的一条。”他铺开一张纸，在上面题下了这六个大字，赠给田中首相。
田中接受之后，也铺开一张纸，挥毫写下了“信为万事之本”几个大字，赠给周总理。田中说：“这句名言，是日本飞鸟时代的为政者圣德太子说的话。”
当晚，由大平与姬外长进行联合声明文字的具体磋商。对于“添麻烦” 问题，日方的认识有了提高，对田中致词中说的“给中国国民添了很大麻烦”，在联合声明中，文字上表述为：“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。”
9月29日上午10时18分，《中日联合声明》签字仪式在人民大会堂西大厅举行。在茶色封面的联合声明文本上，先由姬外长、大平外相签字，再由周总理、田中首相签字。
签字仪式结束后，紧接着，大平外相于设在民族文化宫的大厅举行记者招待会。大平严肃地宣市，由于两国联合声明的发表，“悬而未决的日中邦交正常化问题终于获得解决”，“结束日中两国之间的不正常状态，是对亚洲以及世界和平的重要贡献”。他立即转而宣布，作为日方在联合声明所表明立场的重要补充，日方明确地宣告废除日蒋条约。大平说：“在联合声明中虽然没有触及，日本政府的见解是，作为日中邦交正常化的结果，日蒋和平条约已失去了存在的意义，并宣告结束。”
9月29日，中日两国建交，两国关系掀开了新的一页。中午1时许，周总理陪同田中首相飞往上海。当晚，在上海的宴会上，气氛格外融洽、热烈。周恩来流露出近些年来少有的喜悦，举起杯向客人们祝酒。周总理早年东渡留学日本，熟悉日本，熟悉久远的中日关系，新中国建立之后，长期以来为促进中日邦交正常化呕尽心血，在这建交日之夜，他也动了感情。他与田中、大平碰杯的时候说：
“我真希望同你们通宵畅饮啊！但是，我还必须为你们的下次访问留有余地。”
田中素不嗜酒，就是饮两口啤酒都要脸红。这个晚上，听了周恩来真挚的话语，心中也难以抑制住激动，兴奋不已。田中想到自己刚刚就任首相两个多月，就顺应潮流、顺应民心，亲手完成了邦交正常化之大业，又想到极右翼分子以死亡相威胁，想到所经历的坎坷，来之不易啊！他情不自禁地离开座位去祝酒，向周总理、姬外长等祝酒，也特别向大平、二阶堂进等鼎力支持的日本官员等祝酒，一连喝了好几杯茅台酒。大平悄悄告诉周恩来：“我还没有见过首相离开座位去敬酒呢，这是首相破天荒第一次哟。”