在这一政策背景下，美台来往十分密切。1953年8月，美国与台湾举行首次海空军联合演习。9月，美台签订“军事协调谅解协定”，其中规定，国民党军队的整编、训练、监督和装备完全由美国负责，如果发生战争，国民党军队的调动指挥，必须获得美国的同意。协定中涉及的地区包括台湾、澎湖、金门、马祖、大陈岛。特别是，台湾从1953年初加紧向美国提出双方签订一项共同防御条约的要求，并频频与美方交涉。台湾方面还故意向新闻界透露消息，造成美台正在谈判此事的印象，以引起新闻界的注意。与此同时，台湾不断对大陆沿海进行军事骚扰，并发动“反攻大陆”的宣传攻势。这不能不引起中国政府的重视和警惕。
1954年4月26日至7月21日，美、苏、中、英、法五国外长在日内瓦召开了讨论和平解决朝鲜问题和恢复印度支那和平问题的国际会议，虽然就恢复印支和平问题达成协议，并签订了在越、老、柬停止敌对行动的协定，签署了日内瓦宣言，但是由于美国的阻挠，未能就朝鲜问题达成协议，美国也未在日内瓦宣言上签字。7月15日，美众议院通过重申反对恢复中华人民共和国在联合国代表权的决议。这表明美国的反华立场和政策并未改变。
日内瓦会议后，中国政府认为，需要提醒人们注意，台湾问题并未解决，不能承认在美国军事干涉下领土分裂的现状。当时中国政府对美台谈判的细节尚不清楚，也无从知道美蒋在“保卫”台湾问题上存在着微妙的分歧，只是认为美国的意图是要使其干涉中国内政的行为合法化，并进一步从台湾这条战线威胁中国的安全，因此感到有必要采取一定的行动，击败美蒋的合谋。1954年7月7日，中共中央召开政治局扩大会议，毛泽东对国际形势作了重要分析，认为：“现在总的国际形势，就是美国人相当孤立。”在东南亚、印支问题解决之后，美国的孤立会继续发展。在台湾问题上，毛泽东认为：中美之间的台湾问题“是个长时间的问题，要破坏美国跟台湾订立条约的可能，要想一些办法，并且要作宣传……其目的就是迫使它跟台湾不要订立条约。”会议还进一步认为：“如果美蒋阴谋得逞，我们与美国的关系将会长期紧张下去，更难寻求缓和与转变的余地”。
基于这种精神，中国政府进行了强大的宣传攻势。1954年7月23日，《人民日报》发表了题为“一定要解放台湾”的社论，重申台湾是中国的领土，中国人民一定要解放台湾，不达目的，决不休止。社论还提到了美蒋正在谈判签订安全条约的事。8月1日，中国人民解放军总司令朱德在建军27周年纪念会上发表讲话，强调中国人民一定要解放台湾，绝不容许别国干涉。8月2日，周恩来总理兼外长发表声明，指出台湾是中国的领土，中国人民一定要解放台湾。
与此同时，中国方面亦积极通过外交渠道向美国传递信息，表达中国政府的立场和不希望美国与中国为敌的愿望。1954年8月24日，毛泽东在会见英国工党代表团时，在批评了美国的对华政策后，又提出请英国做一下美国的工作，劝劝美国人“把第七舰队拿走，不要管台湾的事”。这表明，中国方面是不愿同美国发生正面冲突的。
但是，美国方面对中国政府所发出的信息并未加以重视，反而对签订美蒋条约谈判表现出更加积极的姿态。为了与政治上的攻势相配合，中共中央决定于1954年8月向华东军区发出了炮击金门的命令。9月3日，中国人民解放军突然以猛烈的火力炮击金门的炮兵阵地和附近海面的舰船。9月22日，中国军队再次以急促的火力炮击金门。10月10日，中国政府向联合国控诉美国武装侵略中国领土台湾，同时声明，中国为保卫国家安全，反对美国对台湾的阴谋活动，决定解放一江山、大陈岛屿等沿海岛屿，并对金门国民党军队实行惩罚性打击。
炮击金门之举引起美国方面极大震动，杜勒斯认为台湾海峡出现了“危机”。由于美国方面不知内情，对此感到紧张，以为中方真的要夺取金门，甚至进攻台湾。美国军方的一些人建议增派美国军队以保住金门，并动用海空力量和蒋介石一起袭击中国大陆的港口和机场。但是艾森豪威尔和杜勒斯认为，美国的主要目的是控制台湾，不让其落入共产党之手，如果美国保卫台湾的“地区扩大到中国沿海岛屿，那么战争的危险自然将增加”，从而可能和中国发生军事冲突。于是美方力主蒋介石集团放弃金门、马祖。但蒋介石坚决不同意，并声称如果从金、马撤军，将大伤士气，台湾也将保不住。美蒋矛盾显现出来。然而，就在此关头，中国方面却将攻击的锋芒指向国民党盘踞的浙江沿海诸岛，于11月1日轰炸大陈岛，并出动舰艇至浙江海面，一举击沉国民党海军“太平号”驱逐舰。于是，美蒋加快了谈判步伐，于1954年12月2日签订《美蒋共同防御条约》。条约规定：美国维持并发展台湾的武装力量，缔约国之领土遭到武装攻击时，双方应采取共同行动；条约的适用范围为台湾和澎湖，以及可以经美蒋双方共同协议所决定之其它领土。
中国政府绝不会承认这个条约。在发表声明谴责美蒋行为的同时，决定解放大陈岛，进行军事方面的斗争。为此要首先攻占大陈岛的外围据点一江山岛。1955年1月18日，中国军队一举攻克一江山岛，全歼守岛国民党军1000余人，并迫使美国撤走了它的舰队。此举使美国十分震惊。美国一方面急切呼吁通过联合国斡旋，以停止中国沿海的战斗；另一方面将大批军队调集台湾，对中国进行军事威胁，甚至还威胁使用核武器。然而毛泽东并不畏惧美国的战争威胁，他说：“美国的原子讹诈，吓不倒中国人民。我国有6亿人口，有960万平方公里的土地。美国那点原子弹，消灭不了中国人。即使美国的原子弹威力再大，投到中国来，把地球打穿了，把地球炸毁了，对于太阳系来说，还算是一件大事，但对整个宇宙来说，也算不了什么。”“如果飞机加原子弹的美国对中国发动侵略战争，那么，小米加步枪的中国一定会取得胜利。”不过，中国方面还是在军事上采取了克制的态度，力争不扩大事态，在攻占一江山岛后，暂缓实行进攻大陈岛的计划，尽管还继续猛烈轰击大陈岛。
美国在军事威胁和通过联合国斡旋停火都未奏效后，遂于2月5日宣布协助国民党军队从大陈岛撤退。毛泽东决定不在敌人撤退时予以打击，让敌人安全撤走。2月12日，驻岛国民党守军2.5万人和岛上居民1.8万人在美舰运送下，全部撤退完毕。中国人民解放军于2月13日进占大陈岛及外围的一些岛屿。至此，浙江东部诸岛全部解放。第一次台湾海峡危机结束。
在这次危机中，中方通过炮击金门和解放沿海诸岛的行为，重申了要解放台湾的决心，而且拔除了国民党军队在浙江沿海对大陆进行骚扰的据点，由此改变了沿海地区的安全环境。但是危机也引起了国际社会的关注和疑虑，特别是使中美对抗险些走向战争。
1954-1955年的台湾海峡危机之后，美国更进一步加强了同台湾的军事联系。1955年3月，《美蒋共同防御条约》开始生效。据此条约，美国加强了美军在台湾的军事指挥系统，在台湾派驻了美军“协防台湾司令”，将美军驻台军事顾问团扩充到2600人，美空军第13特种航空队进驻台湾。1957年5月，美军又在台部署了可携带原子弹头的“斗牛士”导弹和电导导弹。此举引起了中国方面的严重关切，5月11日，中国外交部发表声明，强烈抗议美国在台湾驻扎导弹部队。但是美方并不理会中方的态度。1957年11月，美国第七舰队在台湾海面举行大规模军事演习；与此相配合，国民党军队举行了有11万人参加的代号为“昆阳”的全岛军事演习。同时，蒋介石集团继续叫嚣“反攻大陆”，特别是自1957年以来，加强对大陆及沿海的骚扰和破坏活动。到1958年夏，在金门、马祖的国民党军队已达10万人，占其地面部队总数的1/3。在此期间，美国的对华敌视态度有增无减。1956年1月17日，杜勒斯声称，如果中国以武力解放台湾和澎湖，“那么我们将进行战斗”。1957年4月20日，美国务院发表声明，“美国将单方面禁止对共产党中国的一切贸易”。美国政府还多次表示，将继续坚持其对华政策三原则，即不承认中华人民共和国，继续承认台湾当局，反对中华人民共和国进入联合国。这些事件促使毛泽东开始考虑用什么方式重新把台湾问题突出地摆到国际社会面前。
正在此时，国际局势也发生了急剧变化。1958年5月，黎巴嫩爆发反对亲美的夏蒙政权的革命，7月4日，起义人民包围首都贝鲁特。14日，伊拉克爆发了革命，推翻了费萨尔王朝，宣布建立伊拉克共和国。15日，美国以“保卫黎巴嫩主权”和“保卫美国人的生命”为名，公然出兵黎巴嫩，对黎巴嫩革命进行武装干涉。与此同时，美国宣布其远东地区陆海空军进入戒备状态。蒋介石集团也乘此机会，企图扩大事态，于7月17日宣布国民党军队处于特别戒备状态。驻守金门、马祖的国民党军队先后进行了军事演习，并加强空军对大陆的侦察活动。
在这样的背景下，毛泽东和中共中央决定第二次炮击金门、马祖，既可以配合阿拉伯人民反对美国侵略的斗争，也可以给蒋介石集团以惩罚性的打击，并以此试探美国对台湾问题的态度。毛泽东曾这样讲过炮击金门的意图：“这次炮击金门，老实说是我们为了支援阿拉伯人民而采取的行动，就是要整美国人一下。美国欺负我们多年，有机会为什么不整它一下。”此外，当时中国国内正处在“大跃进”的前夜，毛泽东也有借助炮击金门来调动国内人民积极性的意图。他强调，每天总是怕，在干部和人民里头不鼓起一点劲，这是很危险的。
1958年7月17日，中共中央下达了准备炮击金门和空军入闽的命令。8月23日，中国军队开始炮击金门。3个炮兵师在85分钟内发射了41000发炮弹，大小金门完全被中国炮火封锁，金门与台湾的海上通道被切断。炮火中，国民党军队伤亡600余人，两名美军顾问也被打死。首次炮击持续了10天。9月3日，毛泽东决定从9月4日起停止炮击3天。9月4日，中国政府宣布中国的领海宽度为12海里，适用于中国大陆及其沿海岛屿以及台湾、澎湖和其它中国岛屿。
美国方面搞不清中国炮击金门的意图，立即调集100多艘舰只、200多架飞机增援台湾地区，许多是从地中海调来。美国的主要注意力从中东移到远东。美国对炮击金门的反应是十分强烈的。在向台湾地区增派兵力的同时，美方还决定，为使近海岛屿免遭重大袭击，“在总统命令使用原子武器的情况下可以使用原子武器”。9月4日，艾森豪威尔和杜勒斯、总统秘书安德鲁·古德帕斯特一起分析台湾局势，得出的结论是：中共的计划旨在拔除国民党在台湾的基地和各沿海岛屿，甚至可能有更为远大的目的。如果金门被攻占，将会打击台湾国民党政权的威信和军事能力；如果金门、马祖、台湾相继丢失，太平洋的反共壁垒，如日本、南朝鲜、菲律宾、泰国、越南，甚至印尼、马来亚、老挝和缅甸将受到严重然危害，完全处于共产党影响之下。因此美国不能坐视不管。但是他们又认为美国如果进行干涉，就要准备“不得不冒更广泛地使用核武器的风险，甚至冒全面战争的风险”。据此，杜勒斯于当日发表声明，威胁美国在台湾海峡地区的协防范围扩大到金门、马祖等地，并声称美国已做出军事部署。
针对美国的威胁和军事部署，中国一方面对美国进行谴责，另一方面积极寻求通过外交途径解决争端。9月6日，周恩来总理发表声明，指出美国在台湾海峡地区大量集结武装力量，公开威胁要把它在台湾海峡地区的侵略范围扩大到金门、马祖等岛屿，这是对中国人民严重的战争挑衅；同时宣布，鉴于美国已经指派了大使级代表，又表示愿意谈判解决中美在台湾海峡地区的争端，中国政府准备恢复两国间大使级会谈。
其实，中国此时并不清楚美国究竟会在台湾问题上卷入到何种程度，于是毛泽东决定继续炮击金门，以便进一步检验美蒋关系的深度。持续了10余天的炮击使金门岛上蒋军的海上补给线被切断。蒋介石在接到金门守军的告急后，请求美军护航，想拖美国下水。9月7日，美蒋海军组成的联合舰队进行护航，向金门运送给养。针对这种情况，毛泽东命令：“只打蒋舰，不打美舰，如果美舰开火，没有命令不准还击。”其用意是试探美台共同防御条约的效力如何。美国到底能在海峡危机中介入到什么程度。结果，一遇炮击，美舰不但未开火，反而丢下蒋舰和运输船只，掉头逃跑。这表明，美国并不想同中国发生直接的军事冲突。此后，中国军队继续执行毛泽东制定的打而不登，断而不死的方针，即：只打炮不登陆，封锁金门，断其后援，但不致死，保持对金门的强大压力。与此同时，中国通过在华沙的谈判，进一步摸清美国的底牌。最后毛泽东断定：美国要保台湾，但不一定要保金门、马祖，美国有可能放弃金门、马祖，以换取中国承认美国在台湾的存在。
毛泽东的判断很正确。1958年9月30日，杜勒斯在记者招待会上发表谈话，表示美国不愿为了金门和马祖而进行战争，并说美国“没有保卫沿海岛屿的任何法律义务”，如果有了停火，那么在金门、马祖这些岛屿上“保持这批为数不少的部队就是不明智的”。这就是所谓的“脱身”政策。但这个政策遭到蒋介石的反对。美蒋之间产生矛盾。中国方面则认为，杜勒斯建议的实质是想用放弃金门、马祖来换取中国对台湾海峡现状的承认，亦即使美国侵占台湾合法化，并造成“两个中国”的既成事实。据此，中国政府改变了原来收复金门、马祖等沿海岛屿的计划，决定“把蒋介石继续留在金门、马祖，让美国不能从金门、马祖脱身”，“使美国当局背上个包袱”，“我们暂不收回这些岛屿，我们争取一下子收回这些沿海岛屿、澎湖列岛和台湾”。10月5日，毛泽东下令中国军队暂停打炮两天，并起草了6日以国防部长彭德怀名义发表的《告台湾同胞书》宣布从10月6日起，暂以七天为期停止炮击金门，以便使台湾、澎湖、金门、马祖军民同胞自由地输送供应品，但以没有美国人护航为条件。