6月3日，周恩来受中共中央政治局委托，起草致共产国际和红色工会国际的申请报告，指出由于帝国主义势力在中国的猖狂，特别是日本帝国主义对中国野心毕露，加紧活动，请求给予中共相应的物资帮助，以便中共开展更为有力的全国斗争。6月6日，周恩来会见了苏联军委代表，讨论了中国共产党模仿苏联红军建立自己的红军武装的问题，涉及到如何建立、编制和政治教育工作等等，苏联军委提供了详细的设想。6月7日，周恩来、瞿秋白、苏兆征召集已到莫斯科的近60名“六大”代表开谈话会，讨论了政治、组织、职工、农运等决议草案的起草问题和成立秘书处及各工作委员会的问题。确定6月12日前后成立大会秘书处和各个委员会并开始工作。
6月9日，联共（布）总书记斯大林在莫斯科接见了出席中共“六大”的周恩来、瞿秋白、向忠发、李立三、蔡和森、王若飞、项英、关向应、邓中夏、苏兆征、张国焘等。斯大林请中共领导人介绍中国革命斗争的形势和任务，并对中国革命问题发表了意见。斯大林看着周恩来，特别指出，创建红军是中国农民运动和土地革命的最重要成果。他同时强调指出，在任何时候，农民都不能领导工人阶级和中国革命，中国革命必须由工人阶级来领导。这次会见，斯大林主要谈两个问题，一是当时中国革命的性质，二是当前中国革命的形势，亦即“高潮”与“低潮”的问题。在座的李立三不同意斯大林说的中国革命处于低潮的看法，问道：现在中国到处都有工人斗争和农民起义发生，这怎么是低潮呢？斯大林没有立即回答，而是取过一张纸，用红蓝铅笔在纸上画了几条波浪式的曲线，又在曲线最低处画了几朵浪花。斯大林把纸递给大家，说：“你们看，低潮时，也会溅起几朵浪花，切莫把这些浪花看成是高潮。”在中共党员心目中，斯大林是“最高权威”、“世界革命导师”，斯大林这个生动贴切的比喻，使多数与会者心悦诚服。
6月17日，周恩来、瞿秋白分别主持了下午和晚间举行的预备会，周恩来主持召开各省代表团书记联席会议。几次预备性会议通过了大会议程，大会主席团、秘书处、代表资格审查委员会的组成和名单，并作出大会有关规定，强调大会应以能切实解决一切重要问题为原则，尤应减少各种琐碎问题的争辩。会议决定周恩来出任大会秘书长，一直在莫斯科中山大学学习的王明、潘问友、沈泽民等作为“指定参加及旁听代表”参加大会秘书处。在红色教授学院学习的张闻天虽然对“六大”的召开事先一无所知，也被安排参加“六大”文件翻译工作。
18日下午，中共第六次全国代表大会隆重开幕。出席会议的代表共有112人（包括工作人员），代表着全国4万多名党员。大会对在中国革命中死难的烈士表示哀悼，通过了大会主席团、秘书长、副秘书长和代表资格审查委员会名单。周恩来为主席团委员、大会秘书长和代表资格审查委员会委员。大会主席团由周恩来、瞿秋白、李立三、蔡和森、邓中夏、向忠发等组成，斯大林和共产国际负责人布哈林也莅会指导，名列主席团。
同一天，大会主席团会议讨论了各种组织工作问题，包括成立代表大会各个工作委员会的问题。周恩来参加了政治、组织、土地问题、苏维埃、财政审查等七个委员，并担任了组织委员和军事委员会的召集人。
从6月19日起，大会开始正式议程。瞿秋白代表第五届中央委员会致开幕词。当天，共产国际书记布哈林作了《中国革命与中国共产党的任务》报告，长达九个小时。报告中关于中国革命形势的看法，与斯大林的意见一致。按照会议日程，6月20日，瞿秋白作了《中国革命与共产党》的政治报告。之后，会议对这两个报告分组讨论。
6月27日，周恩来作关于组织问题的报告，报告回顾“五大”以来的政治环境和党的组织状况，指出：自从国民党右派蒋介石、汪精卫背叛革命至今，共产党员和革命群众被害约31万至34万人，还有4600名共产党人被关进国民党监狱，许多革命者被国民党当局交给地主豪绅处置，工会、农会和其他群众团体遭受严重摧残。“中国的白色恐怖可以说是全世界历史上所绝无而仅有的残酷”，但革命并没有失败，共产党人在“英勇的长期的反抗中重新得到新的力量的结合”。中国革命并没有屈服于白色恐怖，中国共产党进行了英勇的反抗，并把力量重新集合起来。这一时期仍有数十万农民争取到革命方面来，在湖南、湖北和广东等省开展了游击战争。
报告提出了今后党的组织任务：我们必须在组织上巩固自己的政治影响，建立和发展工农革命的组织，并发展党的组织，使党真能成为群众的战斗的革命党。要求地方党对建立红军和乡村苏维埃的工作予以极大的注意。
7月3日，周恩来向大会作军事报告。报告总结党自从事军事活动以来的经验教训，批评两种错误倾向：一是为了联合战线而仅帮助国民党巩固国民革命军，二是南昌起义失败后，“抹杀一切军事工作，反对一切军事准备，军事技术的训练，都目之为军事投机。”周恩来也作了自我批评，他说，我们的主要错误是我们不懂得我们在军队工作的基本任务，不懂得这一工作的目的。当时是统一战线时期，我们不懂得这个统一战线最主要的任务是争取革命的领导权，为了实现这一任务不能不去夺取军队，不去建立无产阶级的武装力量。
报告强调指出：“目前任务在夺取成千成万工农群众，在军事方面，开始军事组织、军事技术工作”，秘密组织工农武装，加强敌军工作，特别是士兵工作。报告专门论述了建立红军的问题，指出红军的来源应包括游击队的扩大和军阀军队的倒戈，一定要建立地方苏维埃政权，方能有巩固的红军组织。
7月10日，周恩来出席大会主席团与各省代表团书记联席会议，报告各代表团对第六届中央委员会的预选结果。随后大会选出中央委员23人，候补中央委员13人。周恩来当选为中央委员。
7月11日，周恩来出席中国共产党第六次全国代表大会闭幕会并致词，他说：这次大会是空前未有的。为求得革命的真理，得到了很多的批评。我们不要以为有了争论就是不好的，因为只有在批评讨论之下，才能得到正确的道路。我们有了正确的路线，还要把大会的精神带到工作中去！大会总结第一次国内革命战争失败以来的经验教训，在一系列存在严重争论的有关中国革命的根本问题上，作出了基本正确的回答，大体上统一了全党的思想。“六大”把工作中心从千方百计地组织暴动转到从事长期的艰苦的群众工作上来，确定以争取群众作为党的首要任务，把“左”倾作为主要危险来反对，这是党的工作的一次重要转变。