时隔6年，再次面对富尔的访华请求，周总理敏锐地察觉到，富尔此行很可能是要传递法国政府谋求改善对华关系的信号。他当即做出部署，以中国人民外交学会名义向富尔发出邀请。
不出周总理所料，富尔此次访华的确带有“官方色彩”。戴高乐总统同富尔交往密切， 希望富尔作为自己的代表访问中国，他在给富尔的指示中写到：“请告诉中方 ，无论出于常理、传统还是未来的考虑，法国准备发展法中双边关系”用心良苦的戴高乐专门给富尔写了一封“亲笔信”，表示对他“完全信任”。这封信表面上是写给富尔的，实际上是写给中国领导人的。
10月22日，富尔乘坐的客机降落在北京首都机场。来京第二天，周恩来总理便在西花厅同富尔展开会谈。富尔谈起了周恩来四十多年前留法勤工俭学的岁月，并说：“现在总理是时候再去巴黎了。”在寒暄之间，富尔此次来华的目的不言自明，中法两国建交谈判正式拉开序幕。
1963年10月，周恩来会见戴高乐总统代表、法国前总理富尔(中)。
当时的法国戴高乐政府虽想同新中国建交，却又在台湾问题上放不下包袱，拒绝主动宣布同台断交。富尔的解释是：蒋介石政府曾在二战时帮助过戴高乐领导的“自由法国”。对此，周总理坚定地表明中方原则，绝对不可能存在“两个中国”。他对富尔说：“我们都知道，皮杜尔是反对戴高乐的。如果他在外国势力的扶植之下，成立了流亡政府，那么中国能否因为一度与他有过接触，不承认现政府，而承认流亡政府，或者两个都承认呢？”
接下来的谈判一度陷入僵局。为缓和气氛，给富尔更多思考时间，同时也为进一步研究对策，中方决定在接下来的几天安排富尔到内蒙古等地访问。在富尔离京的时间里，周恩来一直在思索如何在两国建交程序问题上打破僵局。最终，中方先后向法方提出了“有步骤的建交方案”和“三点默契”方式，得到富尔大力赞赏。双方共同签署了《周恩来总理谈话要点》。收到富尔此行报告和《要点》后，戴高乐随即决定加快法中建交步伐，并指派法国外交部欧洲司司长博马歇公使前往瑞士，同李清泉大使就建交具体事宜展开谈判。经过新一轮折冲，双方最终同意先行宣布建交，由中方发表关于“一个中国”的照会声明，而法方予以默认，解决困扰两国建交的台湾问题。
1964年1月27日，两国正式发表建交公报。次日中国政府单独发表声明，表明在台湾以及联合国等国际组织问题上的立场，反对“两个中国”企图。至此，中法建交大局已定。1月31日，戴高乐在爱丽舍宫召开千人记者会，正式宣布承认新中国。他说：“法国应该直接倾听中国的声音, 也让中国听到法国的声音。目前还在观望的某些政府，迟早会觉得应该仿效法国。”