9月7日，停止炮击的期限过去了。金门海面沉浸在一种不寻常的平静之中。接近中午时分，海上观察哨发来报告：一支由美台两方军舰混合编队组成的舰队，正向金门海域驶来。叶飞从云顶岩指挥部将此情况报告北京并请示如何处置。毛泽东下令开火，但仍坚持“只打蒋不打美”的主张。
9月8日，美军第七舰队旗舰“海伦娜”号率领六艘驱逐舰为国民党运输船队护航，向料罗湾码头实施补给。按照惯例，美舰还是停在金门外海，由国民党的登陆舰驶向岸边卸货。12时43分，人民解放军以43个地面炮兵营又6个炮兵连组成的强大炮群进行了毁灭性的炮击，连续发射了2.17万发炮弹，猛烈射击金门岛上的军事目标及驶入料罗湾的登陆舰。炮击中，国民党军“美乐”号登陆舰当即被击中起火，引爆了舰载弹药而沉没。“美珍”号中弹累累向外海逃窜，另外两艘登陆舰也在中弹后逃走。谁也没有料到的是，解放军一开炮，美舰就丢下蒋舰及运输船只不顾，立即掉头逃遁到12海里外徘徊观望。
美国军舰的表现证实了他们确实比中国人“更怕一点”。毛泽东接到报告后，在最高国务会议上再次语出惊人：“你再强一点也好，你把你那四个舰队统统集中到这个地方我都欢迎。你那个东西横直没了用的，统统集中起来，你也上来不得。船的特点就在水里头，不能上岸。你不过是在那个地方摆一摆。”
9月11日，四艘美国军舰再次掩护国民党的四艘运输舰、七艘作战舰向金门驶来，当时毛泽东已经离京赴南方各省视察，由周恩来在京布置打击这次护航编队的战斗。这次，国民党运输舰显然是有备而来，所以一遭炮击就向外海逃走，损失不大。美国军舰态度依旧，果然躲在那里“摆一摆”。
美国的“战争边缘”政策“横直没了用”。而且，赫鲁晓夫出于本国的安全考虑，在7日、19日两次致信艾森豪威尔，表示：“中国不是孤立的”，中国“忠实的朋友在中国一旦遭到侵略时准备随时给予援助，因为人民中国的安全利益是同苏联的安全利益不可分割的”。[84]他还通过中国驻苏大使刘晓向毛泽东转达苏联愿意出动空军威慑美军的建议。面对中国政府的强硬态度，以及来自苏联的无形压力，艾森豪威尔被迫发表电视讲话，一方面依然表示美国在“武装侵略”面前“决不会后退”，但另一方面，他又着重指出：“除了付诸武力以外，还有一条好得多的道路”，那就是“谈判的道路”。最后，他宣布，已经指示美国驻华沙大使立即恢复中美大使级谈判。[85]
艾森豪威尔11日的讲话和中美大使级会谈的恢复，使台美矛盾尖锐起来。17日，蒋介石在答美国记者问时，将炮击金门视为“共匪”之“进攻台湾之序幕”，他认为中共的意图是：“第一当然是占领台湾，企图以战争威胁美国退出台湾海峡，即清算美国在亚洲的威信及其势力。第二是要闯入联合国，以夺取中华民国的代表权。第三是要取得五强之一的大国地位，羼入今后大国间的高层会议。”[86]他还表示：“故不论中华民国在事态紧急时，自可行使其固有之自卫权，此在中美共同防御条约及其有关文件上，并无任何约束。”[87]此后，叶公超公开声明反对金门、马祖中立化的建议。
29日，蒋介石在“总统府”又举行中外记者（80多人）座谈会，就美联社记者卡利等相继提出的问题一一作了回答。当时提出的问题有：
（1）共党为什么在此时加强其对沿岸岛屿的压力，阁下觉得他们的主要目的，是外交的还是地理的，是政治的还是军事的呢？
（2）什么样的行动才是中华民国政府所认为在对抗目前中共压力方面最适切的行动？目前所采取的防阻政策是不是最好的政策？抑或一个更积极的政策将更为有效呢？
（3）如果美国和中共华沙谈判中，议成一种不能使中华民国满意的妥协，贵国政府将采取何种政策？在这个谈判中，阁下认为可能获得何种切实可行，且能为三方面都愿意接受的结果？
（4）如华沙谈判决裂，阁下将如何处理中共对金马扩张战争之企图？阁下是否认为目前金门防务上迫切需要中共停止射击？并且是否认为中华民国方面，非对大陆“共匪”基地采取报复行动，即不能解决此次金马战争？
（5）中华民国对于台湾海峡问题提出联合国所持的态度与立场如何？