毛泽东不得不表态说：“怎么对共同事业有利，我们就怎么办。这个问题要慎重考虑。不过现已清楚，目前不要急于从旅顺口撤军，也不要急于修改条约。”此前，毛泽东已经表示过，签订新条约是他此行的主要目的，但在第一次会谈时他就被迫承认不要急于修改条约，这使他内心非常不快，以致后来对这件事一直耿耿于怀。在毛泽东看来，斯大林不同意签订新条约，就是对中国共产党的不信任。

在斯大林的寿辰庆典上，可能是由于对第一次会谈的结果感到失望，毛泽东表情冷漠，脸上没有一丝笑容。几天后，毛泽东对苏方人员说，他这次不是专门来给斯大林祝寿的，还想做点其他工作。

12月24日，毛泽东与斯大林举行了第二次正式会谈。在长达五个半小时的会谈中，斯大林只字未提中苏之间签订新约的问题。这使毛泽东极为恼火，在接下来的几天里，毛泽东没有与苏联领导人进行任何接触，也拒绝参加任何公开活动。后来，毛泽东向苏方人员表示身体不适，取消了在苏联各地旅行的计划，并提出想提前一个月，在1月底离开莫斯科回国。

就在此时，1950年1月5日和12日，美国总统杜鲁门与国务卿艾奇逊（Dean Gooderham Acheson）分别发表声明和演讲，宣布了美国刚刚确定的对华新政策，美国开始对中共采取宽容和拉拢的政策，这是美国在国共内战后期观望态度的继续发展。微妙的国际形势变化，尤其是美国对华政策的变化，使斯大林不得不改变态度，同意周恩来赴莫斯科签订新的中苏条约。

1950年2月14日，《中苏友好同盟互助条约》正式签订，标志着中国正式加入以苏联为首的社会主义阵营。总体来说，20世纪50年代的中苏关系还是很友好的，苏联援助中国建设143个工业项目，并派遣大批顾问和专家帮助中国经济建设，培训中方技术人员、接收中国留学生，斯大林甚至同意与中国开展核武器技术合作。

但是，由于地缘政治关系，中苏同盟关系内部在一开始就存在利益冲突，在新条约谈判过程中毛泽东与斯大林还存在着激烈交锋。利益冲突的存在并不影响同盟关系的确立，但却影响到中苏同盟的稳定性，这也为中苏同盟关系的最终破裂埋下了隐患。