缔结《中苏友好同盟互助条约》，是新中国成立后采取的重大外交行动，对当时的国际格局产生了巨大影响。
1949年12月6日，毛泽东主席率随行人员乘火车离开北京前往苏联访问。这次访问的目的，一是祝贺斯大林的70寿辰，二是与苏联领导人交换对国际形势的看法，三是同苏联订立新的条约，四是商谈向苏联贷款事宜。其中，最重要的是第三点。国民党政府曾于1945年8月与苏联签订《中苏友好同盟条约》及有关协定（以下简称中苏旧约）。这一条约及有关协定是第二次世界大战后期苏、美、英三国背着中国达成的雅尔塔协定的产物，基本恢复了沙俄时代在中国东北的特权，严重损害了中国的主权和利益。按照新中国“另起炉灶”和“打扫干净屋子再请客”的方针，中苏旧约也应予以废除而另订新约，以适应中国革命胜利后国际形势和中苏关系的变化。在刘少奇访苏时，斯大林曾表示，旧的中苏条约是不平等的，这一问题可留待毛泽东访苏时解决。毛泽东出访前夕，中方在与苏方磋商时又多次表示，希望这次访问的结果是缔结一个新的中苏条约。
12月16日，毛泽东一行抵达莫斯科，当晚即同斯大林举行会谈，讨论双方关心的主要问题。毛泽东首先提出：目前，最重要的问题是保障和平。中国需要三年至五年的和平时间，把经济恢复到战前的水平，并稳定全国局势。中国重大问题的解决，取决于今后的和平前景。斯大林回答说，目前尚不存在对中国的直接威胁。日本还没有站起来；美国虽然发出战争叫嚣，但它最怕打仗；欧洲被战争吓破了胆。如果我们共同努力，不仅能够保障5至10年的和平，而且能够保障20至25年，甚至更长时间的和平。这一看法与当时中共中央的估计相一致。
接着，毛泽东提出中苏旧约问题。斯大林说，那个条约是根据雅尔塔协定缔结的，得到了美国和英国的同意。苏联从日本手中得到的千岛群岛、南库页岛等，也是在雅尔塔达成协议的。因此，目前不宜改变中苏条约的合法性，否则会给美国和英国要求修改有关千岛群岛、南库页岛条款提供法律依据。要寻求一种可行的办法，在形式上保留，而在实际上修改现行条约，即在形式上保留苏联在旅顺驻军的权利，但按照中国政府的建议撤出那里的苏联军队。中长铁路也可以在形式上保留，而实际上修改协议的有关条款。毛泽东表示，单独一个中国的力量不足以抵御帝国主义的侵略，我们应该按如何对共同事业有利来行事，眼下不必修改条约，正如不必匆忙由旅顺撤军一样。但是，他又委婉地提出，照顾雅尔塔协定的合法性是必要的，惟中国社会舆论有一种感想，认为原条约是和国民党订的，国民党既然倒了，原条约就似乎失去了存在的意义。斯大林答复说，原条约总是要修改的，大约在两年以后。
在会谈中，毛泽东还提出，由于缺少海军和空军，人民解放军难以解放台湾，希望苏联以派遣志愿飞行员等方式给予支援，以便尽快解放台湾。对此，斯大林谨慎地表示，有可能给予援助，但援助的形式需要考虑周到，主要是不能给美国人干预提供借口。此外，双方还讨论了苏联贷款和贸易问题以及出版毛泽东著作俄文版的问题。
12月21日，毛泽东出席斯大林70寿辰庆祝大会，并作为第一个致祝词的外国领导人发表了讲话。24日，斯大林再次同毛泽东举行会谈，主要商讨越南、日本和印度等亚洲兄弟党的事情。尽管在会谈前毛泽东已请苏方陪同人员转告斯大林，他感兴趣的首先是中苏条约问题，但斯大林在会谈时对此却只字不提。此后，来莫斯科祝寿的各国领导人陆续回国，毛泽东仍滞留在那里，斯大林没有再约见他。毛泽东感到十分失望。他向苏方人员表示，他到苏联来不仅仅是祝寿的，而是来办事的。
由于毛泽东参加祝寿活动后，中苏双方都没有关于他的进一步报道，国际上出现种种猜测，英国通讯社甚至散布谣言说毛泽东被斯大林软禁起来。与此同时，西方国家也开始调整对华政策，一个重要的动向是印度和英国准备承认新中国。僵持局面不能再继续下去了，斯大林只好改变不废除中苏旧约的初衷。
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针对英国通讯社散布的谣言，1950年1月2日，《真理报》在头版刊登了塔斯社记者对毛泽东主席的访问。其中特意披露，毛泽东访问苏联的目的是：解决有关中华人民共和国利益的各项问题，首先是现有的中苏友好同盟条约问题，苏联对中华人民共和国贷款问题及两国贸易和贸易协定问题等。当晚，斯大林派莫洛托夫和米高扬会见毛泽东，征求他对处理中苏条约的意见。毛泽东提出三个方案：第一，签订新的中苏友好同盟条约；第二，由两国通讯社发表一个简单的公报，仅说两国就中苏旧约及其他问题交换了意见，并在重要问题上取得一致；第三，签订一个声明，说明两国关系的要点。毛泽东优先考虑的无疑是第一个方案。他强调说，把中苏关系以新条约的形式固定下来，有极大利益，中国人民将感到兴奋，我们可以有更大的政治资本去对付帝国主义国家，去审查过去中国和各帝国主义国家所订的条约。莫洛托夫当即表示，第一项办法好。随后，双方为周恩来赴莫斯科参加谈判作出安排。
1月20日，总理兼外交部长周恩来率领中国政府代表团抵达莫斯科。22日晚，中苏双方开始就签订新约和协定的问题举行正式谈判。会谈一开始，斯大林就表示，过去的《中苏友好同盟条约》是对日战争时订立的，现在已落后于时代，因此必须修订，虽然以前我们曾设想可以保留。毛泽东说明：根据目前形势，我们应当借助条约和协定把现存于中苏之间的友好关系固定下来，这无论在中国还是在国际关系方面都会引起积极反应。他强调：要把新条约和原来的条约从根本上区别开来。过去说的是对日战争时的合作，现在应是防止日本侵略；过去国民党只是口头上谈友谊，现在具备了真正友谊与合作的一切条件。新条约应包括政治、经济、外交、军事和文化合作的各项问题，最重要的问题是经济合作。随后，双方对新条约的条款，处理中长铁路、旅顺口及大连问题的原则，贷款和贸易协定等问题交换了意见。
在1月22日的原则性会谈中，经斯大林提议，毛泽东赞同，委托维辛斯基和周恩来两位外长负责新条约文本的起草工作。经过几轮修改，双方就文本内容达成一致。新约的名称是《中苏友好同盟互助条约》，共六项条款，有效期为30年，其宗旨和条文比之旧约作了重大的修改与补充。新约的宗旨是：加强中苏两国的“友好与合作，共同防止日本帝国主义之再起及日本或其他用任何形式在侵略行为上与日本相勾结的国家之重新侵略”，“依据联合国组织的目标和原则，巩固远东和世界的持久和平与普遍安全”。新约规定：“一旦缔约国任何一方受到日本或与日本同盟的国家之侵袭因而处于战争状态时，缔约国另一方即尽其全力给予军事及其他援助。”“双方保证以友好合作的精神，并遵照平等、互利、互相尊重国家主权与领土完整及不干涉对方内政的原则，发展和巩固中苏两国之间的经济与文化关系，彼此给予一切可能的经济援助，并进行必要的经济合作。”新约还增加了“双方根据巩固和平与普遍安全的利益，对有关中苏两国共同利益的一切重大国际问题，均将进行彼此协商”的内容。
在条约起草工作开始之后，两国代表就关系双方重大权益的三方面问题反复进行了谈判。虽然在谈判中出现了种种矛盾，但最终双方都作出了相应的让步，以达成协议。
关于中国中长铁路、旅顺口和大连问题。苏方表示愿意早日放弃从国民党政府手中获得的某些特权。中方考虑到共同防御帝国主义的需要，同意有一个过渡期。最后达成的协议是：苏方不迟于1952年末将中长路的一切权利及该路的全部财产无偿地移交中国政府；苏方不迟于1952年末从旅顺口撤回其驻军，并将该地区设施移交中国政府，中方偿付旅顺港的恢复与建设的费用；苏方保证将大连的行政管理权完全交予中国政府，中方同意大连自由港问题待签订对日和约后再作处理。
关于贷款问题。根据毛泽东多借不如少借为好的想法，中方提出贷款三亿美元，拟三年内还清。斯大林表示，偿还期可延长为十年，年利率定为极优惠的1%。在贷款协定谈妥之后，苏方要求中方提供它缺少的战略原料钨、锡、锑，以偿还贷款，双方为此商签了一个秘密议定书。稍后，双方还达成在中国创办石油、有色金属、航空和造船四个合营公司的协议。这是新中国利用外国资本促进工业化的最初尝试。
最后，关于空军支援问题。由于在谈判期间发生台湾国民党军的飞机轰炸上海的事件，中方要求苏方派遣空军保护华东。斯大林答应给予支援，但提出苏中之间要签署一个秘密的补充协定，规定在苏联的远东和中亚地区、中国的东北和新疆，不得给予第三国（主要指美、英、日）租让权利，也不准许第三国公民进行经济或其他活动。中方经反复考虑后予以同意。随后，斯大林表示，要把苏军原在东北接收的日伪财产和苏联在北京的教堂等财产交由中方接收。
1950年2月14日，《中苏友好同盟互助条约》和《中苏关于中国长春铁路、旅顺口及大连的协定》、《中苏关于贷款给中华人民共和国的协定》的签字仪式在莫斯科克里姆林宫举行。周恩来和维辛斯基代表各自政府在文件上签字，斯大林和毛泽东出席签字仪式。同日，中苏双方发表关于两国缔结新的条约与协定的公告，并声明中苏旧约与协定均失去效力。2月17日，毛泽东、周恩来等离开莫斯科回国。
《中苏友好同盟互助条约》和有关协定的签订，是新中国外交取得的重大成果。4月11日，中苏新约及有关协定经中华人民共和国中央人民政府委员会和苏联最高苏维埃主席团正式批准生效。在批准这一条约时，毛泽东强调指出：“这次缔结的中苏条约和协定，使中苏两大国家的友谊用法律形式固定下来，使得我们有了一个可靠的同盟国，这样就便利我们放手进行国内的建设工作和共同对付可能的帝国主义侵略，争取世界的和平。”
