21日，在国共谈判的关键时刻，赫尔利从上海、南京视察后返回重庆。由于他第二天将返回美国述职，所以急于见到国共谈判达成某种结果。为此，他先与蒋介石会谈；随后，又约见国共双方的谈判代表。在会谈中，赫尔利向中共施加了很大压力。他对周恩来和王若飞说，中共军队的数目蒋委员长可同意增至20个师，但中共必须同意立即缩编至此数，不能按国军数目比例缩编，也不能拖延。同时，军队与行政不能合起来谈，中共必须放弃请求任命北方5省主席和两省副主席等要求，要么承认由国民党统一，要么谈判破裂。这实际是想以再增加4个师的数额来换取中共交出解放区政权。在赫尔利回渝之前，国共双方已考虑在军队数目达成协议之后就发表会谈公报，但这时赫尔利却提出，如果解放区问题谈不出结果就不能发公报。他还说，无论谈判是否成功和无论发不发公报，毛泽东随时可以回延安。
赫尔利说完就要求周恩来、王若飞马上请示毛泽东，做最后决定。当时，张群就坐在隔壁的屋子里等待共产党方面答复。情况十分紧急。毛泽东在接到周恩来的报告后，思考片刻即表示，因赫尔利明日要回美国，他将亲自面见大使，说明情况。在随后的会面中，毛泽东告诉赫尔利：中共的态度是“不承认，也不破裂，问题复杂，还要讨论”。他说：军队国家化，国家要统一，我们是完全赞成的，但前提是国家民主化，军队和解放区不能交给一党控制的政府。“虽然目前有很多困难，但总可以想出合理的办法解决，不会向分裂的方向走”。他还表示，我党不拒绝蒋介石关于中共部队编为20个师的提议，但还要做进一步的考虑。此后，谈判停顿了5天。对赫尔利的卑劣作法，毛泽东是很愤怒的。回到延安后，他说：“美国政府、魏德迈、赫尔利对我们很坏。”不过，在当时那种场合下，他仍坚持以大局为重，一方面在原则问题上丝毫不让，另一方面又以委婉忍耐的态度尽量解释，不使谈判破裂。
21日前后的几天，是谈判期间最紧张的几天，因为就当时形势看，双方最后能否达成协议难以确定。中共与毛泽东的担心不仅由于谈判出现紧张局面，还有其他两个重要原因：一个是抗战结束后，美国就以接收为名帮助蒋介石大规模地向华中、华北运兵，并派美军驻守从广州湾到秦皇岛的沿海各大城市和交通要道。陈诚的部下当时扬言：“谈什么判，布置好了就动手。”另一个是我党情报机构获悉，国民党中统局某要员私下透露，不宜让毛泽东和周恩来返回延安，表面是因蒋介石常有国是咨询，实际是因为毛、周在中共位居头两席，把他们扣留在重庆可在相当程度上动摇中共军队，有利于国军总攻。根据这些动向分析，蒋介石等待华北受降结束，军队调遣完毕，即发动“剿共”的可能性是很大的，对此毛泽东和中共不能不保持高度警惕。
25日，周恩来向延安电告了谈判中出现的危险局面。在延安的刘少奇接到电报后立即召开政治局会议进行研究。第二天，延安的电报来了。政治局代表认为，必须加紧执行我党原定计划，再无谈判必要，建议毛泽东回来。由于前一段时期谈判不顺利，毛泽东也曾考虑过返回延安的问题，但这时他决心继续留在重庆。在他看来，目前的斗争既不能作原则退让，也不能使谈判破裂，而是要利用蒋介石的高压展开政治攻势，争取中间派的同情。为向国民党的高压发起反击，中共代表团积极活动，周恩来几天内接见了文化、产业、新闻、妇女等各团体和各党派人士，揭穿了国民党宣传部门所制造的谈判十分融洽的谎言。当各方人士了解到真象后，纷纷指责国民党，为共产党鸣不平，认为中共已仁至义尽；有些民主人士还提议，立即召开政治会议，结束党治，让各党派参加谈判，组织联合政府等。与此同时，重庆代表团还要求延安在有把握的情况下打几个大胜仗，消灭胡宗南、傅作义、阎锡山进攻解放区的部队，以支援谈判，让蒋介石知难而退。
事实上，谈判停顿3天后形势即出现转机。25日，在国民参政会举行的宴会上，张群主动向周恩来表示要继续谈判。他说，军队问题基本有了结论，现在商量政治问题与解放区问题。从现已公布的各方材料分析，当时的情况恐怕是共产党紧张，国民党也紧张。一方面，国民党冷淡中共，向其施加最后压力，再作让步；另一方面，国民党也知道谈判结果只能大体如此，继续施压有可能迫使中共关闭谈判之门而适得其反。共产党担心达不成协议，国方也担心，因为如果达不成协议，国民党方面要承担主要的政治责任。9月27日，周恩来、王若飞将中共在谈判中已处于有利地位的情况电告延安。
3推动“双十协定”的签署
从9月27日至10月5日，国共双方代表又举行了4次会谈，重点讨论了军队整编问题、解放区问题和政治会议问题。最后一段谈判，共产党理直气壮，而国民党则完全被动。鉴于谈判已取得进展，周恩来于10月2日建议，将一个月来的谈话记录整理出来，就其中的重要问题择其能发表者发表之，以解人民之渴望。国民政府代表表示同意。10月5日，双方举行最后一轮谈判时，周恩来将他起草的《会谈纪要》交给国方代表。在谈判告一段落后，10月8日，周恩来、王若飞与张群、邵力子和张治中一起商讨了即将签署的《会谈纪要》文本。
这份《会谈纪要》比较全面地反映了两党谈判的结果，内容共12条，其显着特点是既记载了双方的一致之处，又记载了双方的不一致之处。12条的情况比较复杂，这里有必要作些分析和补充说明。
《会谈纪要》中，双方明确达成一致的有3条：第一条，关于和平建国的基本方针。其内容是“一致认为：中国抗日战争业已结束，和平建国的新阶段即将开始，必须共同努力，以和平、民主、团结、统一为基础，并在蒋主席领导之下，长期合作，坚决避免内战，建设独立、自由和富强的新中国，彻底实行三民主义。双方又认同蒋主席所倡导之政治民主化、军队国家化、及党派平等合法，为达到和平建国必由之途径”。国共两党就建国基本方针达成一致很重要，它是双方作了较大妥协的结果。这一条里有两点值得注意：一是条文回避了先前关于“和平、民主、团结”与“统一”谁先谁后的争论，根据毛泽东的意见将4点并列作为两党合作的共同基础；二是条文比较具体，这是国民党方面的要求，中共原希望简练笼统一些。
重庆谈判期间合影。第二条，关于政治民主化问题。主要是确定了“应迅速结束训政，实施宪政”，并决定首先“由国民政府召开政治协商会议，邀集各党派代表及社会贤达协商国是，讨论和平建国方案及召开国民大会各项问题”。决定召开政治协商会议是对国民党一党统治的重大突破，这一条对此后政局的发展起了非常积极的作用。
第四条，关于人民自由问题。内容是“一致认为政府应保证人民享受一切民主国家人民在平时应享受的身体、信仰、言论、出版、集会、结社之自由，现行法令当依此原则，分别予以废止或修正”。这一条在会谈一开始时即由张群提出，毛泽东表示赞同，因此谈判期间未发生争论。
双方意见十分接近的是第五条，关于党派合法问题。其内容为：“中共方面提出：政府应承认国民党、共产党及一切党派的平等合法地位。政府方面表示：各党派在法律之前平等，本为宪政常规，今可即行承认。”在党派平等合法问题上双方的不同表述，实际反映出谈判期间的一个争论，即：中共代表要求国民党无条件地给予各抗日党派合法与平等地位；而国民党代表则强调“平等非均等”，以确保国民党的第一大党地位。此外，国民党的表述中还含有党派合法为“宪政常规”，而非“训政”时所必须的意思。
双方还就两个问题表示了相同意见：第六条，关于特务机关问题。“双方同意政府应严禁司法和警察以外机关有拘捕、审讯和处罚人民之权”。第八条，关于地方自治问题。“双方同意各地应积极推行地方自治，实行由下而上的普选”。不过，这两条并未指明何时开始执行，因此很难被看作是明确的协议。
从整体上看，国共双方达成一致、意向相同或十分接近的共有6条。这6条实际在第二阶段谈判结束时就已基本达成协议。双方分歧甚大但仍有部分协议或完全没有协议的也有6条。这6条的情况如下：
第三条，关于国民大会问题。中共原提出3项主张，即：重选国大代表，延缓国大召开日期，修改国民大会组织法、选举法和《五五宪法草案》。国民党方面表示：国大已选出的代表应为有效，但名额可增加。因此，双方未能成立协议。但共产党声明：“中共不愿见因此项问题之争论而破裂团结。”最后，双方表示：“均同意将此问题提交政治协商会议解决。”
第九条，关于军队国家化问题。中共方面表示在公平合理地整编全国军队的条件下，愿将它所领导的抗日军队缩编至24个师、至少20个师的数目，并可将江南8个地区的抗日军队逐步撤退至陇海路以北及苏北、皖北的解放区集中。国民党方面表示，全国整编计划正在进行，此次商谈的各项问题果能全盘解决，则中共所领导的军队缩编为20个师的数目可以考虑。关于驻地问题，可由中共方面提出方案，讨论决定。双方同意，组织三人小组，具体计划有关军队整编的各项问题。这一条是要害问题。从条款中可看出，双方虽基本接受中共军队缩编为20个师的数额，但各自提出了履行的前提条件，实际都做出了极大保留。
第十条，关于解放区地方政府问题。中共提出：“政府应承认解放区各级民选政府的合法地位。”国民党方面表示：“解放区名词在日本投降以后，应成为过去，全国政令必须统一。”这一条虽然未能达成任何协议，但详细记载了共产党先后提出的4个解决办法，即：(一)依照现有18个解放区的情形，重划省区和行政区；(二)在现存有解放区的各省区内，按实际控制情况，分别任命中共推选的人员担任省府主席、副主席、特别市副市长及委员等职；(三)由解放区各级民选政府重新举行人民普选，选出之省区县三级政府，一律呈请中央加委；对此，国民党方面表示，省区加委方式非谋政令之统一，惟县级民选可以考虑；(四)各解放区暂维持现状不变，留待宪法规定民选省级政府实施后再行解决，或将此项问题提交政治协商会议解决。最后，双方表示愿就此继续商谈。需补充的一个情况是，在最后一轮会谈中，张治中提过一个“折中方案”，即：中共统治地区如数县连成一片的可设立“行政专员区”。周恩来答复说，在苏北、皖北等地可以用此办法解决问题，至于冀、鲁、热、察4省大部分甚至整个省区均在我方治理之下则不可用此方法。这表明经过谈判，国方立场稍有松动，双方关于解放区问题的斗争最后集中在省一级权力机构上。需说明的一点是，解放区问题始终是谈判的症结所在，谈判最后无结果，其实也是一种结果，它使蒋介石想一次解决共产党问题，特别是想取消解放区，实现其所谓“军令政令统一”的意图完全破产了。
此外，第七条，关于释放政治犯问题。中共提出：除汉奸以外之政治犯，政府应一律释放。国民党表示：政府准备自动办理，中共可将应释放之人提出名单。第十一条，关于奸伪问题。中共提出：严惩汉奸，解散伪军。国民党表示：此在原则上自无问题，惟惩治汉奸要依法律行之，解散伪军亦须妥慎办理，以免影响当地安宁。第十二条，关于受降问题。中共提出：重划受降地区，参加受降工作。国方表示：参加受降工作，在已接受中央命令之后，自可考虑。这3条双方各自陈述己方意见，表面看来分歧不很尖锐，但要达成协议仍十分困难。
在谈判即将结束时，国民党内一部分人对发表公报比较积极。两党代表讨论通过《会谈纪要》之后，张治中对毛泽东说：“不发表这个东西不行，你既这么大的面子来了，就总得搞个什么。”不过，国民党内也有不少反对意见。据说国民党中常会当日进行讨论，多数人反对，经邵力子说是总裁倡导的才得到通过。《会谈纪要》全称原拟为“政府和国民党代表与中共代表会谈纪要”，最后把“国民党代表”几个字也删掉了。
8日晚上，张治中在国民党军委会礼堂举行晚会欢送毛泽东。晚会的气氛还不错，张治中发表了一篇热情友好的讲话，毛泽东也作了即席讲演。他说：在这个阶段中，我们在一起商量团结、合作、和平建国的问题，具有异常重大的历史意义。商谈的结果，恰如刚才张先生所说，大部分问题得到解决，还有些问题正在继续商量解决，我们一定要用和平的方法去解决。“和为贵”，除了和平的方法外，其他的打算都是错的！毛泽东的这番讲话不仅是一个姿态，实际也是中共当时的愿望。晚会中间，传来八路军办事处李少石同志乘周恩来轿车外出办事，不幸遇难的消息。得知这一消息的人当时都非常紧张，开始为毛泽东的安全担心。幸好很快查明这不是一起政治事件，而是如事后八路军办事处处长钱之光同志在《新华日报》上发表谈话所说的，“这是一个非常悲痛的偶然事件”，因而没有影响到《会谈纪要》的签署。毛泽东回到延安后说：“保护是很周到的。李少石案发生，他们一晚睡不着，动员军警宪连夜破案。群众愤怒，外国人要发电报，可见他们的威信是很低的。”
4一手抓统战，一手抓军事
在渝期间，除参加和指导谈判之外，毛泽东还做了大量其他工作，特别是在统战方面和军事方面。在共产党与国民党进行的谈判斗争中，统一战线是非常重要的。毛泽东来到国统区的心脏重庆，使党的统战工作有了新发展。在重庆，他广泛接触了各方面人士，包括各党派、各界、各阶层。短短四十几天，与毛泽东会面谈话的仅知名人士就不下几十个，政治上左、中、右都有。用他自己的话说：“拜客，什么人那里我都去。”
来到重庆之后，毛泽东首先拜访的是党的一些老朋友，特别是那些以前没有机会见面的着名民主人士，像宋庆龄、张澜和冯玉祥等。与党的这些老朋友在一起，毛泽东开诚布公，谈得很深，许多问题都与他们共同切磋，一起寻找解决办法。例如，当张澜听说，军队和解放区问题是国共谈判的症结时，就征得毛泽东同意，由他给国共双方写一封公开信，把问题摊开在全国人民面前，从而在一定程度上推动了国共谈判。毛泽东曾为此当面赞誉张澜是“老成谋国”。有了毛泽东和各民主党派领袖们的直接交往，中共和一些民主党派的关系更密切了，特别是与民主同盟之间的合作一直是非常默契的。