既然斯大林主动示好，毛主席自然也放下了怨气。50年1月14日，毛主席访问列宁格勒，在参观了冬宫、夏宫几处景点之后，第二天，毛主席来到了加里宁工学院。
在校门口，毛主席与前来迎接的乌里扬校长、各位校领导及学生代表亲切的握手见面。作为学生代表之一的张振华笑着问候道：“主席伯伯，一路辛苦了。”
毛主席点头微笑道：“你这个小鬼长这么大了，已经是个大小伙子喽。那么接下来，就由你这个小家伙做我的向导吧。”
张振华看了看校长和陪同的苏方官员，在得到许可后，张振华道：“非常乐意为您服务。”接下来，众人一起参观了加里宁的教室、礼堂、图书馆等地方。在实验室，乌里扬还让同学们演试了一些有趣的科学实验，毛主席对此颇感兴趣，甚至还亲自动手操作了几次。中午，众人在学校的食堂用餐，乌里扬特意吩咐厨房准备了毛主席最喜欢吃的辣椒。
午饭之后，毛主席又参观了学校里的体育馆和学生宿舍，然后就告辞离开了。临行前，乌里扬校长代表学校送给毛主席一个工学院的校徽作为礼物。
第三天，毛主席参观了这里的几座工厂，还有列宁格勒保卫战博物馆、海军博物馆和阿芙乐尔号巡洋舰。之后就启程返回莫斯科。
20日，周总理坐专机飞抵莫斯科，两天后中苏开始正式谈判。
在谈判过程中，由于对一百年来帝国主义强加给中国的种种不平等条约的极端反感，也出于对国内舆论的担心，毛主席和周总理格外注意中苏条约和协定中所表现的中方主权和平等权利问题。但实际上，不论两个人如何努力，中苏两国实力强弱悬殊，和中国处于受援国地位的现实状况，中国不可能争取到真正的平等。
比如：苏联同意向中国提供3亿美元的低息贷款，但却提出了一个附加条件，即从1950年到1963年的14年里，中国必须把它所有过剩的工业原料全部卖给苏联，而不得卖给第三国。这显然是一种极不平等的商业垄断行为。
2月13日，周总理与苏联外长维辛斯苦签署《中苏友好同盟互助条约》、《贷款协定》以及苏联帮助中国建设五十个的协定等，毛主席和斯大林也亲自出席签订仪式。当晚为了庆祝毛主席首访苏联的成功，中国驻苏联大使王稼祥在莫斯科最豪华的酒店举行隆重的晚宴。从不参加克里姆林宫以外任何宴席的斯大林也首次破例参加。
2月17日，毛主席一行人离开莫斯科坐火车回国。在火车上，周总理问毛主席此行的感受，毛主席叹道：“人在屋檐下，不得不低头啊！能争取到这样已经是很不容易了。唉，谁让我们不够强大啊！”停了一下，又道：“恩来啊，还记得我们延安的那个小作家吗？他说斯大林这个人虽然是有本事的，但是野心和权力欲太大、又不懂得灵活变通、再加上性格暴躁，他是乱世之枭雄却不是治世之能人啊！”
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