羅斯福、斯大林和丘吉爾三巨頭在雅爾塔會晤時，蔣介石聽到了一些風聲，連忙指令中國駐美大使魏道明打探會議內容。

1945年3月12日，羅斯福在華盛頓會見了魏道明，向他透露：在雅爾塔會議上，斯大林對遠東問題提出了三點要求：維持外蒙古現狀（實際上就是外蒙古獨立）；中東鐵路由中蘇共管；蘇聯要在大連及其附近地區取得一個不凍港。但是，羅斯福閉口不提協定一事。

6月9日，新上台的美國總統杜魯門在白宮會見了國民政府外交部長宋子文，向他通報了《雅爾塔協定》的內容。宋子文聽後非常震驚，當場作出了強烈反應。他說：「中國政府絕對不會同意蘇聯按照雅爾塔協定的規定，在東北行使這種控制權。」

6月初，蔣介石在重慶官邸會見了蘇聯新任駐華大使彼得羅夫，正式向他提議舉行中蘇會談。蔣介石向他保證：「如果蘇聯出兵東北，幫助中國恢復滿洲鐵路，中國願意為蘇聯提供滿洲鐵路和商業港口的使用權，還可以共同使用那裡的空軍基地。」

幾天後，彼得羅夫向蔣介石提出了中蘇在談判中需要解決的有關問題：大連、旅順；滿洲鐵路；外蒙古；千島群島和庫頁島等。中國只有同意解決上述問題，蘇聯才會同中國談判簽訂友好條約。

6月17日，宋子文從美國回到重慶。見到蔣介石後，宋子文報告了他同杜魯門的會談情況。蔣介石知道，這次是不能指望美國人了，遂決定派宋子文到莫斯科去，同斯大林簽訂一項條約。

6月30日下午3時，宋子文一行攜帶蔣介石寫給斯大林的親筆信，從重慶飛抵莫斯科。當天晚上6時30分，與斯大林、莫洛托夫等人舉行了初步會談。

7月2日晚上8時，中蘇雙方舉行第二次會談。斯大林的態度並不友好。在談判桌上，斯大林擺開一副盛氣凌人的架勢，他以主宰一切的口氣說：「中國必須承認外蒙古獨立，除此之外，別無選擇。」

宋子文也不肯示弱，毫不含糊地表達了中國的立場，他說：「中國政府不能宣佈放棄它的一部分領土，否則它在中國人民心中的地位將會發生動搖。」

7月3日，宋子文將第二次會談情況電告了蔣介石。宋子文在電報中提出解決外蒙古問題的三條方案：「第一同蘇聯簽訂條約，在結盟期間，允許其在外蒙古駐軍；第二，外蒙古實行高度自治，並允許蘇聯駐軍；第三，外蒙古軍事、內政和外交自主，但與蘇聯各蘇維埃加盟共和國及英自治領地的性質不同。」

蔣介石很清楚，斯大林以中國承認外蒙古獨立作為蘇聯出兵的政治條件。況且，斯大林還說過，蘇聯可能不支持中國共產黨。因此，蔣介石毫不猶豫地給宋子文發去一封電報。

7月7日晚11時，雙方舉行第三次會談。斯大林的態度仍然很堅決，並回絕了宋子文提出的三條方案。

在中國代表團駐地，宋子文急得團團轉。談判在外蒙古問題上卡住了，斯大林一點也沒有鬆口的跡象，這如何是好！正當宋子文處於山窮水盡的時候，蔣介石的電報到了莫斯科。

7月9日，雙方舉行第四次會談。由於斯大林的強硬態度，加之美國不願干涉，蔣介石只好妥協。會談中，宋子文公佈了蔣介石的電報。電報說，外蒙古問題系中蘇兩國關係的癥結所在，為了中蘇共同利益與永久和平計，中國政府願在擊敗日本後，同意外蒙古獨立。

既然蔣介石在外蒙古問題上作了重大讓步，斯大林也就同意在其他問題上作些承諾。