敏感多疑的斯大林，看出了毛泽东的不满情绪，再三追问师哲：“毛主席说了什么？”师哲不便直译，只好搪塞：“是我们私下的话。”斯大林不懂中文，但仍质疑地摇摇头，不便再问了。毛泽东的个头比斯大林稍高些，但在签字仪式上照相时，斯大林轻轻向前移动了一下，所以在照片上，他就显得和毛泽东一样高了。至于斯大林当时为什么要向前移动，谁也说不清楚。
签字仪式后，斯大林举行招待宴会，热情地宴请毛泽东和中国代表团。宴会的时间虽然不长，但杯盏交替，气氛热烈，关系融洽。斯大林热情地举起酒杯，向毛泽东祝酒：
“毛泽东同志，祝贺您访苏圆满成功！”毛泽东干过杯，又热情地举杯祝酒，感谢斯大林同志的盛情款待和热情帮助，祝愿斯大林同志健康长寿！
莫洛托夫、米高扬、维辛斯基等人在给毛泽东敬酒后，特别去给周恩来敬酒。他们曾受斯大林的委托，和周恩来、李富春、王稼祥一起谈判中苏条约和协定。在谈判中，他们对周恩来深刻的政治见解、杰出的外交才能和严密的工作作风十分钦佩。所以，米高扬在给周恩来敬酒时，十分幽默地说：“现在，我终于明白了中国共产党能够夺取政权的原因了。”周恩来爽朗地笑着，风趣地说：“米高扬同志，不久，你还将会看到中国共产党有能力领导人民，建设起一个繁荣昌盛的新中国。”
《中苏友好同盟互助条约》的草拟，是按毛泽东、周恩来和斯大林商定的原则进行的。起先，苏方根据周恩来讲的基本思想和大体内容，写了一个草案给中国代表团看。周恩来看后，说：“不对，我讲的很多内容没有全包括进去，要修改。”周恩来把王稼祥、李富春、陈伯达叫来商量，同时向毛主席作了汇报。毛泽东看了苏方起草的文稿，摇摇头说：“这不行，我们自己重搞一个吧！”于是，周恩来整整花了两天多时间草拟了条约文本。师哲很快把它译成俄文交给苏方修改。苏联方面看了表示满意，他们没有料到中国人在这么短的时间内，能提出内容这么好、表述这么精确的条约，没有改动多少，就表示同意。
中苏条约的名称，原先叫《中苏友好同盟条约》，与1945年苏联同蒋介石国民党签订的条约名称相同。后来，周恩来建议加上“互助”二字。毛泽东说：“加‘互助’两个字好，平等互利，互相帮助嘛！”这样，条约的名称就变成了后来正式签订的《中苏友好同盟互助条约》。
这个条约是在毛泽东和中方的积极争取下签订的，有效期为30年。应该说，它对于防止日本军国主义的再起、维护新中国的独立都起过积极作用。条约签订后，有一次，斯大林在克里姆林宫举行了一个小型宴会，宴请毛泽东、周恩来等中国客人，越南的胡志明主席也应邀参加。席间，胡志明主席很羡慕中苏签订的条约，他向斯大林说：“斯大林同志，我也要向您请示。”斯大林笑道：“你怎么能向我请示，我是部长会议主席，你是国家主席，官比我大，我应向你请示。”胡志明半开玩笑地说：“你同中国同志订了个条约，趁我在这里，咱们也订个条约吧！”斯大林说：“你是秘密来的，怎么同你订约？否则，人家要问你是从哪儿突然冒出来的呢？”胡志明幽默地说：“这很简单，你派架飞机把我送到天上去转一圈，然后再派些人到机场迎接我，再在报上发个消息不就公开化了，然后我们两国就签订条约嘛！”斯大林不好回答，用他那特制的烟斗抽了一口烟，笑了笑，幽默而风趣地说：“哈，你们东方人的想象力太丰富了。”
《中苏友好同盟互助条约》的宗旨，是显示中国和苏联牢不可破的团结，反对日本军国主义的复活。条约的第一条写道：缔约国双方保证共同尽力采取一切必要的措施，以期制止日本或其他直接间接在侵略行为上与日本相勾结的任何国家之重新侵略与破坏和平。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。
毛泽东回国后，4月11日，亲自主持召开了中央人民政府委员会第六次会议，周恩来在会上作了《关于中苏条约的报告》。会议经过讨论，批准了这个条约。毛泽东在会上发表讲话，指出：“我们是处在一种什么情况之下来订这个条约的呢？就是说，我们打胜了一个敌人，就是国内的反动派，把国外反动派所扶助的蒋介石反动派打倒了。国外反动派，在我们中国境内，也赶出去了，基本上赶出去了。但是世界上还有反动派，就是我们国外的帝国主义。国内呢，还很困难。在这种情况下，我们需要有朋友。我们同苏联的关系，我们同苏联的友谊，应该在一种法律上，就是说在条约上，把它固定下来，用条约把中苏两国友谊固定下来，建立同盟关系。帝国主义者如果准备打我们的时候，我们就请好了一个帮手。”在谈到条约和协定的重大意义时，毛泽东指出：“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军，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。”总之，“这一行动将使人民共和国处于更有利的地位，使资本主义各国不能不就我范围，有利于迫使各国无条件承认中国，使各资本主义国家不敢妄动。”
当然，事物都是矛盾统一的。在西方，这一条约被视为中国和苏联把日本及其保护者美国当作假想敌的证据。1950年3月15日，美国国务卿艾奇逊在华盛顿对此条约进行评论，对北京终于走上与苏联结盟的道路表示遗憾和不满。西方以此为口实，1951年，日本与西方同盟国缔结和约，不久，又缔结了《美日安全条约》。斯大林曾经怀疑毛泽东和他所坚持的具有中国特色的革命道路，但在莫斯科谈判期间，他对毛泽东及其代表的新中国表现得十分尊重，不仅同意了毛泽东的建议，缔结了《中苏友好同盟互助条约》，而且在中苏之间的某些问题上作出了明显的让步。苏联人同意在1952年底把中国长春铁路无偿地移交给中国；在对日和约缔结后，不迟于1952年底从旅顺港撤走苏联军队，并把该地设施移交中国（条件是在战争情况下这些设施应由两国共同使用）；并无偿地移交苏联在北京的经济机构所获的财产；苏联同意在5年之内给中国提供3亿美元的有息贷款。这与1945年苏联和蒋介石国民党政府签订《中苏友好同盟条约》时的情况，形成了鲜明的对比。
1945年6月27日，国民党政府行政院院长兼外交部长宋子文偕外交部次长胡世锋及沈鸿烈、蒋经国等人乘飞机赴莫斯科，商订中苏条约问题。根据《中国雅尔塔文件》记载，关于签订中苏条约问题，国民党政府和苏联先后举行了十次会谈从1945年6月30日至8月14日历时45天。
斯大林与宋子文的首次会谈于6月30日举行。当时，尽管抗日战争到了最后阶段，斗争十分激烈，国民党政府代表团最关心的问题却是苏联是不是真正支持蒋介石。他到莫斯科后，多方探听斯大林的真实态度，收集苏联在战后是否会无条件地支持蒋介石的秘密情报。在探听中，宋子文发现，斯大林的实际意思是：“只支持一个统一的中国”。但是，苏联对蒋介石的支持必须以取得一部分中国的领土主权作为报酬。关于大连的主权问题，斯大林要求苏联和中国共同占有，要在双方组成的委员会的监督下进行管理。由一名中国人任委员会主席，一名苏联人为行政负责人。关于旅顺的主权问题，苏联要求由苏联海军和中国人一起使用港口设备。关于中东铁路的主权问题，苏联再次提出中苏共管，苏联管理的年限为40或50年。
7月2日晚，斯大林同宋子文讨论了中国国民党和中国共产党的关系问题。这次会谈表明，斯大林同意取消中国共产党领导下的独立自主的抗日力量。据《中国雅尔塔文件》记载，在这次讨论中，宋子文说：去年三月，我们想与中共妥协，那时我们计划组织一个包括共产党员在内的战时内阁，同时，我还从美国大使赫尔利处了解到，阁下认为中国共产党不过是一些农业改良主义者。
斯大林回答道：中国共产党只是爱国主义者，至于他们是不是真正的共产党，那还是相当成问题的。
宋子文见有机可乘，进一步说：作为行政院长，我曾计划去延安讨论中国统一问题，但中共不欢迎我。我们的希望是中国只有一个军队和一个中央政府，我们不同意另有军队的政党存在而使中国分裂。斯大林说：中国只能有一个国民党领导下的政府。宋子文高兴地说：你说得真对，我们也希望国民党保持领导地位。所以我们不希望组成联合政府，因为如果成立这样的政府，只要一个党退出，这个政府就站不住了。斯大林表示赞同，说这是国民党的正当要求。
上述事实说明，在1945年的中苏谈判中，斯大林曾不惜牺牲中国共产党领导的人民抗日力量去讨好蒋介石国民党政府。但是，使谈判几乎濒于破裂的一个最重要的问题是关于外蒙古问题。在那次会谈中，苏联坚持外蒙古“独立”，实际上是要把外蒙古置于苏联的控制之下。
斯大林说：由于一些国家利用外蒙古作为基地，试图破坏苏联在远东的地位，苏联如果不把外蒙古作为“缓冲地带”，它将会丧失整个远东部分，因而坚持外蒙古必须“独立”。他还说关于外蒙古的协议可以秘密签订，待日本投降后再公开。
国民党代表认为：当时雅尔塔秘密协定提出的是外蒙古“维持现状”，并没有提到要使外蒙古脱离中国。7月4日，美国新任总统杜鲁门在给美国驻苏联大使哈里曼的通告中也重申：“就美国方面来说，雅尔塔协定中关于外蒙古所用字句的解释，没有任何讨论。既无讨论，那么按照大家对这些写下了的字句公认的意思，就是外蒙古目前事实上和法律上的地位应当保持下去。”当时，由于外蒙古在事实上和法律上均属于中国，所以这是没有什么疑问的。可是在谈判中，中国对外蒙古的主权问题却成了一个主要问题。斯大林强调：要苏联出兵参加对日作战，中国就必须放弃一部分领土主权作为报酬。在会谈期间，斯大林在同蒋经国的一次私人谈话中表示：“今天并不是我要求你来帮忙，而是你要我来帮忙；倘使你本国有力量，自己可以打日本，我自然不会提出要求。今天你们没有这个力量，还要讲这些话，就等于废话。”
在7月7日的第三次会谈中，宋子文指出：雅尔塔协定只规定“必须维持外蒙的现状”，并没有提出要使它“独立”。斯大林竟然回答道：今日的外蒙“实际上是一个人民共和国”，所谓维持现状，意思就是“独立”。斯大林说：《雅尔塔协定》原文中所说的外蒙古“现状应予维持”六个字是摆在括弧里面的“蒙古人民共和国”这个名词的后面的，它的意义是说明外蒙古的现状，就是维持蒙古人民共和国的“独立”的“现状”，就是中国必须承认外蒙古脱离中国而独立。谈到这里，斯大林更以粗暴、蛮横的态度，加重语气地向宋子文指出：雅尔塔协定“是苏联的方案，也就是由莫洛托夫起草的，他们（指罗斯福和丘吉尔）仅仅是形式签字而已，这句话我可以在丘吉尔面前重行声明（因为这时罗斯福已死）”。
关于这个问题，经过长时间的争论后，国民党政府代表团作了让步。宋子文提出中国政府愿意在保留对外蒙拥有主权的前提下，给外蒙以相当程度的自治权，允许它处理自己的军事和外交事务，甚至与苏联签订条约，允许苏联军队驻在它的领土上以保卫西伯利亚。斯大林对国民党政府的这样一种保留也不允许。最后，斯大林在会议上拿出了自己准备好了的四个关于中苏关系的文件草案：《中苏友好同盟条约》、《中国东满和南满铁路的协议》、《关于旅顺港和大连的协议》、《“外蒙独立”的宣言》。宋子文表示不经中国政府同意，就不能讨论外蒙独立问题。斯大林却坚持说不宣布外蒙独立，那就不能讨论中苏同盟条约。双方争执不下，讨论陷于僵局。这样，会谈一度停顿。宋子文知道，中国对外蒙古的主权问题，是“深深嵌在中国人民心中的一个原则问题”，他曾告诉美国驻苏大使哈里曼说：“假若某个政府永远放弃中国在这个区域的权利，那么人民是不会拥护它的。”为了逃避中国人民对自己的谴责，宋子文不久就辞去了他兼任的外交部长职务，在同年八月中苏条约上签字的是新任外交部长王世杰。蒋介石对外蒙主权问题的分量也是清楚的。他在同从莫斯科回国的宋子文商讨后，于7月20日写给美国总统杜鲁门的信中说：“中国在雅尔塔会议上虽没有代表参加，但您，总统先生，应当体会到我们已最大限度地履行雅尔塔协定。在外蒙古问题上我们甚至超过了这个限度，我们做了中国舆论所许可的最大让步。我们的让步可能已经超出了中国人民所能支持的范围。”