1969年10月20日，以前苏联外交部副部长库兹涅佐夫为首的前苏联代表团和以中国外交部新部长乔冠华为首的中国代表团在北京举行了谈判。
库兹涅佐夫曾在1953年至1955年间担任前苏联驻华大使，对中国的情况比较熟悉，中国外交部的很多人都认识他，可以说是老朋友了。
在谈判之前的欢迎宴会上，柴成文对坐在他右手的马特洛索夫将军说：“我们两大邻国之间没有必要搞得那么紧张嘛！现在大家坐下来谈，你看今天的气氛不是很好吗？”
性格直率的马特洛索夫冷冷地说：“别看这会儿气氛轻松，恐怕一谈起来就不会是这个样子了。”
果然，谈判一开始，当中国代表团根据周恩来的指示，把9月18日致前苏联部长会议主席的信改写成的临时措施协议草案提交对方时，前苏联人的调子完全改变了。他们拒不讨论，甚至根本否认两国总理达成了谅解，口口声声只要求立即开始边界谈判。
自从谈判开始，周恩来每天都要听中国代表团汇报。听说前苏联方面改变了态度，周恩来非常气愤：“两国总理达成的谅解都不算数，谈判能有什么用？不行，不能开这个头！”他立即拿起电话向毛泽东请示。
毛泽东的回答是：坚持攻下去！
第二天，谈判继续进行。
中方代表列举机场会见时的记录向对方质问，对方无言以对。但他们仍不肯就此达成协议。
被柴成文逼得没有法了，马特洛索夫终于抖出了内情，这是他们“上面”的意思。
10月25日，苏美双方同时宣布，苏美限制战略核武器谈判的预备会议将于11月17日在芬兰首都赫尔辛基举行。
前苏联领导人以为，这次会议将使他们与西方人的关系大大向前迈进一步，因此他们决定继续保持对中国的强硬态度。
边界谈判陷入僵局。
中国代表在谈判中强调：一、分清历史是非，肯定有关中苏边界的条约是19世纪下半叶、20世纪被沙俄帝国主义在中俄两国人民都处于无权地位下，强加给中国的不平等条约。
二、照顾现实情况，以这些条约为基础，通过和平谈判全部解决边界问题，确定边界线的全部走向。中国并不要求收回沙皇俄国根据这些条约割去的中国领土。
三、任何一方违反了这些条约侵占了一方的领土，原则上是无条件地归还给对方。但是，双方可以根据平等协商、互谅互让的原则，考虑到当地居民的利益，对边界上的这些地方作必要的调整。
四、签订中苏平等新约代替中俄不平等旧约，勘界立标。
五、在中苏边界问题通过和平谈判取得全面解决前，维持边界现状，避免武装冲突。中苏双方武装力量从中苏边界一切争议地区，即根据1964年中苏边界谈判中交换的地图双方边界线画法不一致的地区撤出或不进入，脱离接触。前苏联代表则不承认旧有条约的不平等性质，同时也不同意以这些条约作为基础解决边界问题，一口咬定中苏边界上不存在争议地区。
尤其令人无法容忍的是，在谈判期间，前苏联的官方宣传一直反咬中国对前苏联提出领土要求。
12月31日下午，中国驻苏使馆收到前苏联政府致中国政府的一份紧急照会，胡说什么“中国侵占七里沁岛和达曼斯基岛（珍宝岛）”破坏了他们的现存边界。
这天深夜，周恩来召集中国谈判代表团开会。他第一个来到中南海国务院会议室，一个人端坐在长会议桌的北头，他通常就座的位置。异乎寻常的是，他今天没有带文件夹子。
当与会人员陆续走进会议室时，周恩来笑容满面地站起来，与他们一一握手并问好。大家本来就为比总理晚进会场而不好意思，见总理表现得那么亲热，那么平易近人，一个个都连忙跑上几步，抓住总理的手。
“今天是60年代的最后一天，”周恩来抬腕看了一下手表，“现在是60年代的最后一刻钟。我谨在此向大家表示新年的祝贺！”
在掌声中，周恩来宣布：“让我们来开中华人民共和国在70年代的第一个外交工作会议吧！”
会上，大家分析了国际形势和边防情况。有的同志认为，前苏联的照会无非是虚张声势，制造紧张空气而已。周恩来没有下结论，只是说：“暂不置理，我们在边防上要更加注意警惕。”
中国谈判代表团以极大的耐心和苏方交涉，强调睦邻友好关系的重要性和在当前的紧迫性，希望能与对方尽早讨论协议草案。
即使如此，谈判仍无进展。过后前苏联代表团为摆脱不愿达成临时措施协议的窘境，建议发表一项互不使用武力的联合声明。
周恩来闻知后，对前苏联的建议很不以为然：“一项空洞的意向性声明哪能解决大军压境的紧张局势？”
后来，对方又改提签订互不使用武力或互不侵犯条约。
周恩来在听完中国代表团就此事的汇报后，立即表示反对说：“谈缓和边境局势，连维持边界现状、避免武装冲突、武装力量在争议地区脱离的协议也不愿达成，谈边界连争议地区的存在都不肯承认，这种态度，还奢谈什么条约？大概他们早就忘了吧？中苏之间早在1950年就签订了一个《中苏友好同盟互助条约》，这可实在是个讽刺！”
这次边界谈判从1969年10月20日开始，到1978年6月共进行了15轮会谈，延续了9年之久。参加谈判的中国代表团先后由乔冠华、韩念龙和余湛率领，前苏联代表团一直不肯接触实质问题，这历时9年的中苏边界谈判没有达成任何协议。
