1月26日，中方由周恩来主持，起草《关于旅顺口、大连和中长铁路的协定》，在关系中国利害的重大问题上，否定了苏方的草案。而苏联方面表现的是强烈的俄罗斯民族主义。
几经争论，苏方作了较大的让步，终于基本达成协议;而有些问题仍留待相关部门负责人和技术人员继续协商解决。
2月14日《中苏友好同盟互助条约》及有关协定，在克里姆林宫举行签字仪式。在条约上签字的苏联代表是外交部长维辛斯基;代表中国签字的是政务院总理兼外交部长周恩来。出席签字仪式的苏方人员有斯大林等9名联共(布)中央政治局委员;中方出席签字仪式的有毛泽东、陈伯达等。
中国驻苏大使王稼祥为毛泽东和周恩来访苏和《中苏友好同盟互助条约》的签订，举行盛大招待会，招待会在莫斯科的首都饭店举行。斯大林破例出席了不是在克里姆林宫举行的招待会。2月17日，毛泽东和周恩来启程回国，3月4日回到北京。《中苏友好同盟互助条约》的签订，以法律形式确定了中苏两国的战略同盟关系，也开始了20世纪50年代前半期的“中苏蜜月”阶段。