经过艰苦的谈判，中美双方都做出了一定的让步，终于在一九七二年二月二十八日，发表了《中美联合公报》，它的发表标志着两国关系正常化的开始。随着中美关系的发展，世界各国纷纷向中国敞开了大门，包括墨西哥、阿根廷、毛里求斯等国在内的第三世界国家纷纷都与中华人民共和国建立了正式的外交关系，紧接着英国、荷兰、希腊、联邦德国等国也与中国相继正式建交或实现外交关系升格，中国与第二世界的关系亦得到了迅速的发展。正当中国全面打开外交局面的时候，周恩来却在一次常规的体检中被确诊得了膀胱癌。即便周恩来知道自己的身体大不如前，但仍坚持每天工作十五六个小时以上。
七月十六日，周恩来与中日友好协会会长廖承志一起会见了日本社会党副委员长佐佐木，发出了对田中角荣首相访问北京的邀请。九月二十五日上午，周恩来亲自到机场迎接日本内阁总理田中角荣访华。田中角荣与周恩来握手的一刹那，深深地低下了头，他以首相的身份代表自己的民族表示了八年侵华的悔过之意。二十七日，毛泽东会见田中角荣，进行友好交谈。二十九日，周恩来和田中在《中日联合声明》上签字，宣布两国从即日起实现邦交正常化。中日邦交正常化，在周恩来几十年的努力下，终于实现了。