9月25日，田中首相率大平外相、二阶堂进官房长官访华。11时30分到达北京机场。在下午1时30分的第一次首脑会谈中，中国方面表示日美关系如何，是日美之间的事情，日美安保条约对日本的重要性中方可以理解，为中日复交扫除一大障碍。但在当晚7点30分的中国政府的欢迎宴会上，田中首相在致辞中，谈到过去日本侵华战争时用“添了麻烦”之类的话表示对侵略战争的道歉，在第二天下午（9月26日）第二次首脑会谈上遭到周总理的严厉谴责。大平感到谈不下去。田中表示要坚持下去。在9月26日夜里的第一轮姬鹏飞和大平的外长谈判中，日本外务省条约局长高岛益郎谈了日本的几个基本观点：“战争状态已由‘日华条约’宣告结束，如果中国一定要用，可由中国单方面宣布战争状态结束；放弃赔偿请求权，也由‘日台条约’解决，难以接受；台湾是中华人民共和国领土不可分割的一部分，日本不能完全承认，因为事实上中国的统治权还没管到台湾，而日本政府不能谈论它归属何方；关于‘日台条约’是非法无效的，必须废除，也不能承认。”在9月26日下午的第二次周恩来和田中的会谈中，高岛师爷的观点遭到周恩来的批驳。双方争论了2个小时，9月27日上午参观长城、十三陵，9月27日下午4时10分又举行第三次会谈。周恩来提出：结束迄今为止存在的不正常状态，台湾归属写进中国主张，日方表示充分理解和尊重。关于日台实务日本表示在联合声明中不作表述。日台“外交关系”未具体谈成。日方表示将独自中止日台关系，周恩来反复问时间，大平不明确表示，但保证说话算数。周恩来写了“言必信，行必果”（孔子论士的三个条件之二）六个大字送给大平正芳外相，希望他信守承诺。28日一天，大平和姬鹏飞完成联合声明草案，大平断然决定将“添了麻烦”改为“痛感责任，深感反省”。当晚毛泽东接见了田中等人。从历史的角度畅谈中日关系要世代友好下去。并送给田中首相等人《楚辞集注》这本书作为礼物，对会谈有很大促进作用。
经过28日一天的讨论，在29日下午于人民大会堂签署“中日联合声明”，包括前言和九项条款。。主要内容：自本声明之日起，中华人民共和国和日本国之间迄今为止的不正常状态宣告结束；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失的责任，表示深刻的反省；日本国承认中华人民共和国政府是中国的唯一合法政府。（第二条）“中华人民共和国政府重申：台湾是中华人民共和国领土不可分割的一部分，日本国政府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。”（第三条）“中华人民共和国政府宣布：为了中日两国人民的友好，放弃对日本国的战争赔偿要求”（第五条）及“两国任何一方都不应在亚洲和太平洋地区谋求霸权，都反对任何其他国家或国家集团建立这种霸权的努力。”（第七条）关于“日台条约”，采取的是协定签订后，由日本外相大平正芳驱车去民族文化宫大厅举行记者会，宣布日本政府的见解是，作为日中邦交正常化的结果，日华和平条约已失去存在的意义，并宣告结束。“中日建立正式外交关系”。周恩来对当天大平外相就发表这个见解评价很高。认为大平：“他诚实，不说假话，不十分善辞令，但内秀多才，有了大平才有了田中，有了大平才有了中日邦交正常化恢复。”谈判成功后，田中想立即回国，但上海按原定计划已准备好接待，中方极力劝说还是按原计划去上海访问（为防止极左派闹事，调2个师兵力保卫）。在锦江饭店，大平高兴得都喝醉了。在回国的飞机上，田中完成了历史性任务，如释重负，睡了一路。
1．中日建交是中国外交的一大胜利，经过二十几年的努力，终于迫使日本统治阶级改变了反华敌视政策，实现了中日人民要求友好的一大愿望。
2．中日建交将对国际形势产生深刻的影响，中日这两个在世界上有重大影响的国家实现关系正常化，对许多国家和中国的关系发展要起一定影响，对远东和平和世界和平的维护也有一定的帮助。
3．中日建交对国际上敌视中国、制造“两个中国”或“一中一台”的政治势力是个沉重打击，中日建交明确了建交三原则，明确日台之间是民间关系，既显示了中国的坚定立场，也为某些国家解决相似问题提供了借鉴。
4．中日建交对中国的经济建设、四个现代化建设也是有利的。
三、“中日航空协定”和“中日和平友好条约”的签订
中日联合声明中，规定了建交后要签订航空、贸易、渔业、海运四个实务协定和“中日和平友好条约”。在这四个实务协定中比较困难的是航空协定，因为这涉及到日本是否坚持中日联合声明的原则以及当时对中日关系发展的信心。日台航线过去是以国家形式出现的，中日建交后就失去了继续保持的借口。日本人在这个问题上想保持既得利益而又不想坚持中日建交的原则。但是中国政府不能容忍这种损害中日建交根本原则的行为发生，坚持日本必须正确处理日台航线，双方在这个问题上僵持。1974年1月4日至5日，日本外相大平正芳访华，交换了发展两国关系、包括缔结航空协定问题的意见。经过几个月的交涉，到4月21至26日，大平正芳外相来华谈判缔结航空协定的问题，直到26日才签订中、日航空运输协定。日本外相表示：“日本国和中华人民共和国之间的航空运输协定是国家间的协定；日台之间是地区性的民间航空往来。”这个问题最后解决了。
1974年11月，中国政府向日本政府建议开始和平友好条约的谈判，并提出了中方对条约内容的具体设想。1975年1月，中国驻日本大使陈楚和日本外务省次官东乡举行第二次预备会议，取得两点一致意见：和平友好条约是保障两国将来走友好道路向前看的条约；条约的内容以中日两国政府联合声明为基础。可是，2月，双方交换各自的条约草案时，日本反对把联合声明第七条反霸权条款写进条约去，双方在这一问题上发生争执。
中国方面认为，中日和平友好条约只能从中日联合声明的基础上前进，而决不能后退，实质上是是否真心反对霸权主义斗争的问题。而日本政府既屈从于苏联的压力，又怕约束自己，标榜所谓“等距离外交”，不同意写入条约正文。这个条约在三木武夫内阁时期毫无进展。1976年12月，福田纠夫任首相后，在一段时间里也是口头表示多，实际推进少。但这时中国国内形势起了很大变化：文化大革命结束，处于一个大规模建设的前期。日本工商界敏锐地看到这一点。1978年2月14日，日本财界首脑稻山嘉宽和土光敏夫率团访华，并于16日就中日长期贸易协定全部达成协议，规定从1978年至1985年，日本民间贸易作为日中贸易的一部分，双方各自出口100亿美元，一年后又决定延长至1990年，扩大2到3倍。日本人民在国内开展了种种声势浩大的促进活动，中日人民的友好活动影响很大。在国际上，苏联当然是极力反对，如1978年3月6日，苏驻日大使波利扬斯基声称：谛结此约“就是敌视苏联”，并说“这是一种类似德意志防共协定那样危险的条约”。但其露骨干涉适得其反，引起日本各界的反感。至于美国的态度，由于正处于中美建交的最后阶段，曾表示不反对此种条约。
在这种形势下，日本政府从1978年7月21日起，同中国政府重开谈判，并于8月8日派外相园田直访华，日方终于同意把反霸条款载入条约正文。8月12日，中、日外长分别代表本国政府正式签订了中日和平友好条约。16日，中国人大常委会批准“中日和平友好条约”。10月16日，日本众议院通过，18日参议院批准。20日，日本政府决定正式批准。
“中日和平友好条约”是规定和发展今后两国关系的条约，由前言和五项条款组成，最主要的内容就是确定在中日联合声明的基础上，按和平共处五项原则发展两国间持久的和平友好关系，用和平手段解决一切争端，而不诉诸武力威胁；反对霸权主义，“任何一方都不应在亚洲和太平洋地区或其他任何地区谋求霸权并反对任何其他国家或国家集团建立这种霸权的努力。”
中日和平友好条约的签订对国际关系和中日关系有巨大的影响。
1．这个条约的严格执行将保证中日两国关系长期、顺利、健康地发展，保证中日人民的友好关系持续不断。这一条约是对中日两国关系的发展予以法律上的保证，是对中日两国的自我约束，中国多次宣布：永远不称霸，永远不做超级大国。条约也使日本承担不谋求霸权的义务，这使两国关系的发展有了一定的保证。
2．条约在世界上首次载入反对霸权主义是保卫世界和平事业的一个主要任务，这在国际条约史上是一个创举，对世界各国人民反对霸权主义树立了一个良好的范例。
3．条约有助于巩固远东和世界和平，中日这两个大国共同承担反对霸权主义的义务，加强了世界和平力量，对霸权主义是一个巨大的制约，使霸权主义的表现有所顾忌，符合世界人民的和平愿望。
四、邓小平访日
1978年10月22日至29日，邓小平副总理访日，这是新中国成立后中国领导人首次对日本进行的正式友好访问。23日，邓小平出席了互换中日和平友好条约的批准仪式。从23日至25日同福田纠夫首相举行会谈，召开记者招待会，会见了日本经济界许多代表人士和中国人民在日本民间的老朋友。在日本国内引起巨大的反响，对中日友好事业是个巨大的推动。中日友好条约签订后，中日之间经济、贸易、科技、文化交流发展明显加快。