1969年7月，美国国务院宣布放宽与新中国的贸易及美国公民前往中国大陆旅行的限制。8月，美国国务卿罗杰斯在澳大利亚发表演讲，呼吁同新中国重开华沙谈判，以缓和两国之间的紧张关系。9月，尼克松在联大表示愿意同中国领导人谈判。
12月，美国决定终止第七舰队在台湾海峡的定期巡弋，并取消向台湾提供18架F-4D战斗机。1970年2月，尼克松在向国会提出的外交报告中说：“从长远来说，如果没有拥有7亿多人民的国家出力，要建立稳定和持久的国际秩序是不可想象的。”不久，尼克松在接见美国《时代》周刊记者时表示：“如果说我在死以前有什么事情想做的话，就是要到中国去。如果我去不了，我要我的孩子们去。”美国在有意疏远台湾，并表达了接近新中国的急切愿望。
蒋介石见此急忙修补台美关系。1970年1月，蒋介石与美国副总统阿格纽在台湾两度会晤，要求美国增加它在亚洲，尤其是东亚的责任感，并对美与大陆关系表示“关切”。阿格纽重申了尼克松的主张，会晤没有取得成果。不久，蒋经国访美，“来美抗议美国改变中的对华政策”，结果，台美“未对特定的问题达成协议”，也未按惯例发表联合公报。有人认为：
很显然，美国不再支持中华民国政府是整个中国惟一合法的政府；美国不再和中华民国联合采取敌对中共的同一立场；美国不再绝对将中共排除于联合国之外……甚至在蒋先生访美期间，未见美国政要公开讲一句像以往一样具有实质意义的支持中华民国的话。
看到美国对新中国的政策发生了转变，一批跟在美国后面的“小兄弟”见势不好，抢先一步与台湾断绝关系而与新中国建交，由此发生了1970年台湾“外交”战场的大溃决。面对台湾“外交”江河日下之势，1970年6月15日，蒋介石作《我们国家的立场和国民的精神》的“外交政策”报告，也即“庄敬自强”文告，内称：
在过去这五个多月中间，大家业已经历了可谓接踵而至的横逆、侮辱、痛苦，但也正由于我们“有以待之”，毕竟无畏于一切考验与试炼。
……如果看到今天某些国家短视近利，违反理性，蔑视正义，侈言和平而实在葬送和平的作为，吾人即为其所激怒，或为其所胁丧，甚或为其所胁迫，而不能“持其志毋暴其气”，那就正是在“自毁其壮士”！只要大家能够庄敬自强，处变不惊，慎谋能断，“坚持国家及国民独立不挠之精神”，亦就是斗志而不斗气，那就没有经不起的考验，冲不破的难关，也没有打不倒的敌人。
处在日益孤立的国际社会，蒋介石不忘时时给自己打气，给部下鼓励。熬过了困难重重的1970年，等待他的1971年更是厄运连连。
（蒋介石宋美龄接见美国特使雷根夫妇）
这一年，美蒋关系全面恶化。2月25日，尼克松在发表的国情咨文中非常肯定地表示美国决心对“中华民国”和中华人民共和国采取对等的政策，并且第一次使用了“中华人民共和国”的字眼，这暗示了对新中国的承认。
第二天，台湾“外交部”对此表示抗议：“我们对咨文中有关对共匪之想法不能苟同……尤其身居自由世界领导地位的美国，任何片面示意的表示及举措，绝不能改变共匪的敌意”。3月2日，严家淦在“立法院”宣称：“美国总统尼克松最近发表世局咨文，称匪为‘中华人民共和国’，我们当然坚决反对。”
不过，美国依旧我行我素。4月10日，在中国主动邀请下，著名的中美“乒乓外交”正式上演，这是20年来美国第一次官方性质的团体访问大陆。几天后，美国宣布废除继续了21年之久的对中国大陆的禁运政策。
这一系列举动，使蒋介石再也忍无可忍了，他借接受美国记者采访之机发泄了自己的不满：
共匪邀美国桌球队前往大陆访问，乃其国际统战阴谋之一项作法，也是其对外渗透颠覆及赤化世界之另一战术获得初步之效果。大家如能有此认识，本人认为美匪关系之实质，应不致因共匪之各种欺骗行动而有所改变。中华民国之基本外交原则为立国之道应操诸在我，任何外在因素之变化，均不能影响中华民国之地位或其基本国策。
在蒋介石怒气冲冲之时，毛泽东果断地对中美关系做出战略决策。4月27日，周恩来通过巴基斯坦总统叶海亚向美国总统尼克松捎了一封信：
要从根本上恢复中美两国关系，必须从中国的台湾和台湾海峡地区撤走美国一切武装力量。而解决这一关键问题，只有通过最高级领导人直接商谈，才能找到办法。因此，中国政府重申，愿意公开接待美国总统特使（如基辛格博士），或美国国务卿甚至美国总统本人来北京直接商谈。
尼克松获得此一消息后极为高兴。很快，他通知中国，派总统特使基辛格秘密来华，“探索重新同中国接触的可能性。”7月，基辛格转道巴基斯坦来华，打开了中美高层直接会谈的大门，并为尼克松访华探路。1972年1月，尼克松又派国家安全事务副助理黑格率先谴组到北京为总统访华进行技术安排。此后，尼克松访华，万事俱备，只欠东风。
（周恩来接见基辛格）
4.尼克松主动伸出了手
1971年7月15日，尼克松宣布将访问中国。
在宣布这一消息之前的20分钟，台湾驻美国“大使”沈剑虹才得知这一惊人的消息，他后来回忆了当时的反应：
有几分钟时间我震惊得说不出话来，我简直不能相信方才听到的话是真的。我想打电话给台北方面，不巧的是美国这边的越洋电话接线生们那天正罢工。我正在草拟电报时，电话又响了。这次是台北外交部杨西昆次长打来的，问我是否从美国政府人士那里，听到有关基辛格秘密访问北平的消息。台北方面的人士刚刚听到新闻快报，要我证实他们听到的消息是否正确。像我一样，台北方面对这消息最初反映也是觉得难以置信。
尼克松访华的消息如同一颗原子弹爆炸，强大的冲击波使年迈的蒋介石受到极大刺激，他竟没有发表公开的谈话和声明。然而，整个台湾岛却沸腾了。台湾“外交部”、“国民大会”、“议会”、“工会”、“商会”、“农会”等纷纷声明抗议。
8月，埃伯特到台湾安抚蒋介石，转达了尼克松“永不背弃对中华民国的承诺，永不背弃我们忠实老友”的保证。蒋介石力图劝说美改变政策，他说：“中美两国长久以来原是邦交深厚的国家，而且每当中国艰难的时候，美国都能给予支持协助，使中华民国人民获得自由，不为暴力所奴役屈服，并保持我们完整的主权……中美两国人民即愈益需要彼此通力合作，增进其坚定不渝的情感道义。”但是，这一切都没有改变美国既定的安排。
1972年2月21日上午，尼克松乘坐“空军一号”总统专机跨越太平洋，飞向北京。
在北京机场，飞机停稳后，打开舱门，尼克松身穿厚实的灰色呢大衣，冒着凛冽的寒风，在身穿红外衣的夫人帕特的陪同下走出机舱。但是，奇怪的是，长长的舷梯上只走下来尼克松总统和夫人两人。面对舷梯旁几十位前来欢迎他的中国领导人，尼克松一眼就认出了站在前面的周恩来，他不由地主动伸出了手，迈步走向周恩来。
后来，尼克松回忆了为当时一刹那所作的细致准备：
为了表示对这次访问的重视和与众不同，在机舱里，我嘱咐随从人员，飞机停稳后不要急于出来，等我先下飞机看看中国领导人的表情后再做决定。
在1954年越南问题的日内瓦会议上发生的一件事，表明周恩来对蔑视中华民族尊严的敏感程度……一天上午，当双方（中美）都提前到了会场时，他们彼此遭遇了。周恩来伸出手准备握手，杜勒斯摇摇头，走出了会议室，完全蔑视这位中国外交部长。六年之后，当周向他的朋友埃德加·斯诺重提这件事时，还露出痛彻心肺的表情……我深知这件事伤害了周恩来。因此，当我走下我首次抵达北京的飞机舷梯的最后一级向他走去时，就主动伸出了我的手。
这时，在寒风中迎候的周恩来不卑不亢，微笑着迎上去，紧紧地握住这位世界上最强的帝国主义国家元首的手。两个昔日不共戴天的仇敌终于走到了一起。
周恩来用诗一般的语言说：“总统先生，你把手伸过了世界最辽阔的海洋和我握手，25年没有交往了啊！”
（1972年，毛泽东会见尼克松）
尼克松抬头看见机场迎风飘扬的美国星条旗和中国五星红旗，不禁感慨万千：一个旧的时代过去了，一个新的时代开始了。
尼克松访华期间，中美双方拟发表一个联合公报，并为此举行了多次会谈，台湾问题成为会谈的焦点。中方坚持美方对台必须以断交、撤军、废约三条件作为恢复中美正常关系的前提，美方则不愿放弃“两个中国”的观念，双方争执不下。周恩来只好请示毛泽东，毛泽东听了汇报后，一语定乾坤：
“你可以告诉尼克松，除了台湾部分，我们不能同意修改之外，其他部分可以商量。”
经过一番艰苦的谈判和讨价还价之后，终于，2月27日下午5时，中美发表《上海联合公报》。公报涉及台湾问题时说：
美国认识到，在台湾海峡两岸的所有中国人都认为只有一个中国，台湾是中国的一部分，美国政府对这一立场不提出异议。它重申它对由中国人自己和平解决台湾问题的关心。考虑到这一前景，它确认从台湾撤出全部美国武装力量和军事设施的最终目标。在此期间，它将随着这个地区紧张局势的缓和而逐步减少它在台湾的武装力量和军事设施。
公报还规定了双方逐步开展中美贸易以及在科学、技术、文化、体育、新闻等领域的联系和交流。公报最后声明：
“任何一方都不应该在亚洲太平洋地区谋求霸权，每一方都反对任何其他国家或国家集团建立这种霸权的努力。”
尼克松访华和中美联合公报的发表是中美关系史上新的里程碑，它标志着两国关系正常化进程的开始。正如尼克松在离开中国前夕的宴会上祝酒时所说，他对中国的七天访问“是改变世界的一周。”这确是一个并不过分的描述。
但是，在公报中，尼克松政府并未承认中华人民共和国是中国的惟一合法政府。它尽管表示将从台湾撤出军事力量，却没有为撤军规定时间。这表明，双方还没有为实现两国关系彻底正常化扫清障碍。
尼克松北京之行，彻底打破了蒋介石“反共复国”的梦想，蒋介石大骂“尼克松不是个东西”，同时声明，《上海公报》协议无效，台湾不予承认。而尼克松则不断地对沈剑虹下保证：“美国决心遵守对中华民国的承诺”。当蒋介石听到沈剑虹的报告后，不禁长叹一声：“从此以后，我们要比以前更依靠自己了。”
蒋介石从此卧病不起，直到去世。台湾报刊传言，蒋介石实际上是被美国气死的。