9月15日，赫鲁晓夫访美，28日回到莫斯科，29日便乘专机飞往北京参加中华人民共和国十周年庆典，开始了他的第三次中国之行，也是最后一次。

在会谈前一天举行国庆宴会上，双方就发生了不愉快的事情。本来毛泽东要准备讲话，后来拿到赫鲁晓夫的讲话稿时，里边有这样一段话，就是：不要用武力去试验资本主义世界的稳固性。毛泽东当场就决定不讲话了，临时改由周恩来讲话，宴会搞得十分尴尬。据苏联外交部长葛罗米柯回忆，在整个宴会上，他一直同自己的主宾赫鲁晓夫并排坐着，却没有说上十句客套话。

10月2日，毛泽东与赫鲁晓夫在中南海颐年堂举行正式会谈。会谈一开始，赫鲁晓夫要求翻译把他与艾森豪威尔的会谈内容口译一下。然后，提出台湾问题。赫鲁晓夫说：艾森豪威尔的一个思想是，台湾问题不能永远消除，但可以推迟解决，他们不想那里因为台湾问题而爆发战争。毛泽东说：台湾问题是中国的内政。美国人从台湾撤军，我们之间就没事了。剩下来的就是我们同蒋介石的事了，我们可以通过谈判解决问题。赫鲁晓夫问：我甚至不知道中国还扣押了5名美国人。这是真的吗？照我们看来，一句话，最好释放您们关在监狱里的美国人。毛泽东立即表现出明显的不高兴，他生气地回答：当然，放是可以的，我们就是现在不放美国人，要到一个适当的时间再放。赫鲁晓夫回应道：那好吧，这是你们的内部事务，我们不干预。但是你们的态度伤害了我们的感情，使得交换意见复杂化了。

接着，赫鲁晓夫又提出了中印边境问题。赫鲁晓夫指责中国说：你们真的想要我们支持您们同印度的冲突吗？就我们来说，那是愚蠢的。塔斯社的声明是必要的。西藏事件是你们的错。你们控制着西藏，你们应该在那里有情报，应该知道达赖喇嘛的计划和企图。如果我们处在你们的位置，我们就不会让他跑掉。如果他在棺材里就更好了，可是他现在在印度，也许会到美国去。这难道对社会主义国家有利吗？毛泽东回答：这是不可能的，我们当时不能逮捕他。我们不能禁止他离开，同印度的边界线那么大，他可以从任何一个地方跑走。

赫鲁晓夫继续问：为什么在同印度的边界上你们杀了人？毛泽东回答：他们首先攻击我们，越过边界，持续开火12个小时。赫鲁晓夫说：尽管印度首先进攻，但是，中国没有死人，而印度却死了人。毛泽东气愤地回答：你们给我们扣了两顶帽子：中印边界冲突我们犯了错误，达赖喇嘛逃跑犯了错，我们给你们扣一顶帽子，叫机会主义。请接受吧。