經過艱苦的談判，中美雙方都做出了一定的讓步，終於在一九七二年二月二十八日，發表了《中美聯合公報》，它的發表標誌着兩國關係正常化的開始。隨着中美關係的發展，世界各國紛紛向中國敞開了大門，包括墨西哥、阿根廷、毛里求斯等國在內的第三世界國家紛紛都與中華人民共和國建立了正式的外交關係，緊接着英國、荷蘭、希臘、聯邦德國等國也與中國相繼正式建交或實現外交關係升格，中國與第二世界的關係亦得到了迅速的發展。正當中國全面打開外交局面的時候，周恩來卻在一次常規的體檢中被確診得了膀胱癌。即便周恩來知道自己的身體大不如前，但仍堅持每天工作十五六個小時以上。   

七月十六日，周恩來與中日友好協會會長廖承志一起會見了日本社會黨副委員長佐佐木，發出了對田中角榮首相訪問北京的邀請。九月二十五日上午，周恩來親自到機場迎接日本內閣總理田中角榮訪華。田中角榮與周恩來握手的一剎那，深深地低下了頭，他以首相的身份代表自己的民族表示了八年侵華的悔過之意。二十七日，毛澤東會見田中角榮，進行友好交談。二十九日，周恩來和田中在《中日聯合聲明》上簽字，宣佈兩國從即日起實現邦交正常化。中日邦交正常化，在周恩來幾十年的努力下，終於實現了。