在第一天视察现场后，蒙方便提出要签署飞机失事的正式文件。

双方连夜进行谈判，但在实质问题上分歧很大，甚至多次发生激烈地争执，关键在于飞机的性质是“军用”还是“民用”。

安葬遗体后回到温都尔汗已是下午5时多了，连续几天的高度紧张和劳累，大家都感到精疲力竭，需要好好休息一下。但当晚10时左右，蒙方送来他们起草的《现场调查纪要》，并要求连夜会谈。许大使利用沈庆沂和王中远翻译文件之机，靠在沙发上思考两天来的情况和问题。他感到，蒙方在帮助视察现场和安葬遗体方面是友好的，但在某些方面态度很强硬。他们虽然不再称失事飞机是“侵犯”和“入侵”蒙古国境，改用了“进入”二字，但仍强调飞机是“军事人员驾驶”，“军事人员乘坐”，甚至说是为“军事目的服务”。对方抓住“军事”不放，显然是别有用心，想在政治上置我于不利地位。因此在这个问题上是不能让步的。一定要按照国内指示，坚持是我方民航飞机误入蒙古国境的立场，进行耐心的说理斗争。主意已定，心情里反而松弛下来，竟不知不觉地睡了过去。凌晨1时文件翻译完毕，我方人员立即研究，准备了应对方案。

凌晨4时25分，双方在旅馆开始正式会谈。许大使首先对蒙古政府提供的合作表示感谢，接着对《现场调查纪要》提出修改意见：

1.提议把序言中的“中华人民共和国飞机于1971年9月13日2时左右进入蒙古人民共和国国境”改为“中国民航飞机由于迷失方向误入蒙古国境”。

2.针对纪要第一条在记述飞机残骸时，只讲有中国国旗和256号机尾，而不讲标有“中国民航”字样的机翼，应标明机翼上有“民航”二字。

3.针对纪要第七条记叙死者遗物，得出“失事飞机是中国人民解放军人员使用的”和“死者都是军事人员”的结论，提议改为“这架中国民航256号飞机载有中国军事人员，也载有非军事人员”。

大使发言后，蒙方建议休会10分钟。然而以后蒙方却迟迟不来复会。大使利用这个时间习惯地打开收音机，此时外电报道，中国关闭了所有机场，禁止所有飞机起飞。他马上联想到这一惊人的新闻很可能与这架失事飞机有关，这更让他感到问题的严重和复杂。这时沈庆沂发现，蒙方人员匆匆往邮电局跑，很可能是急于向上级请示。许大使考虑形势紧迫，此地不宜久留，要尽快回使馆向国内汇报情况。他让孙一先通告蒙方，鉴于我国国庆22周年临近，大使要在今天赶回乌兰巴托主持馆务，建议双方回乌兰巴托后继续会谈。

在蒙方要求下，上午10时15分继续复会。桑加上校对许大使提出的修改意见逐条驳回。他认为没有证据表明中国飞机是由于迷失方向误入蒙古国境的，“因为死者都穿军装，并带有枪支”，我方坚持飞机上那个女性是非军人，现场还有她一双白皮鞋。而且“文革”期间，我国民航均由空军管理（蒙古民航也是由空军管理），不能以军人驾机就片面认为是军用飞机。由于双方立场不同，唇枪舌剑非常紧张，谈判陷入僵局。谈判在温都尔汗进行了五轮，但最终没有达成一致意见。最后蒙方不顾中方坚决反对，单方签定了《现场调查纪要》和《安葬纪要》。一场夜以继日的紧张谈判不欢而散。这时中国使馆打来长途，让许大使速返乌市，想必国内急于得到飞机失事的情况。下午6时，双方悻悻登机返回乌兰巴托。

事后回想起来，蒙方强调“军用”二字不是没有道理的。但由于当时国内没有讲明飞机性质和其他更多情况，只是告知飞机因迷失方向误入蒙古领空，驻外机构必须按上级指示和口径办事；同时蒙方一再强调飞机是“在没有外来影响下，由于自身不明原因坠毁”，似乎在有意躲闪什么。加之不久前，苏联以间谍侦察为名，在某军事敏感区上空将一架他国民航客机击落，这就加重了我方对飞机坠毁原因的怀疑，在实地勘察中也偏重这方面调查；关于飞机上的“黑匣子”我们没有提出索要，这是非常遗憾的。我使馆人员当时没有这方面常识，国内也没有这方面的要求。其实早在许大使到达失事现场之前，“黑匣子”和飞机上的一个发动机已被苏联人取走了。

就在许大使离开现场不久，苏联国家安全委员会（克格勃）又来到坠机现场，挖开墓穴，割下林彪和叶群的头颅，架起大锅煮烫去皮后带回莫斯科（苏联保存有林彪1938—1941年在莫斯科治病的详细病历）。

回到乌兰巴托后，许大使立即向外交部做了汇报，根据国内指示就尸体和遗物索要工作继续与蒙方交涉。中方急切的态度引起了蒙方的疑心，蒙方要求中方提供死者的姓名和身份。为了防止蒙方要价，许大使奉命停止了外交交涉，并派孙一先带着有关资料返回国内汇报。