当天下午，双方进行了第一次首脑会谈。事后，二阶堂进向记者团说：双方“惊人直率地交换了意见”。晚上，在为田中首相举行的欢迎宴会上，周恩来发表祝酒词，称赞田中访华“揭开了中日关系史上新的一页”。同时指出：“自从1894年以来的半个世纪中，由于日本军国主义者侵略中国，使得中国人民遭受重大灾难，日本人民也深受其害。前事不忘，后事之师，这样的经验教训，我们应该牢牢记住。”又说：田中首相就任以后，在中日双方的共同努力下，“实现两国邦交正常化已经有了良好的基础。促进中日友好，恢复中日邦交，是中日两国人民的共同愿望。现在是我们完成这一历史性任务的时候了”。[68]田中在致词中说：“过去几十年之间，日中关系经历了不幸的过程。其间，我国给中国国民添了很大的麻烦，我对此再次表示深刻的反省之意。”
此后，中日双方进行了多轮首脑会议，就以下三个方面进行了争论和磋商：
（1）“麻烦”问题。周恩来在会议上直率地提出：田中首相对过去的不幸过程感到遗憾，并表示要深深地反省，这是我们能够接受的。但是，“添了很大的麻烦”这一句话，引起了中国人民强烈的反感，因为普通的事情也可以说是“添麻烦”。[69]田中对此解释说，从日文来讲，“添麻烦”是诚心诚意地表示谢罪之意，并且包含着保证以后不重犯、请求原谅的意思。在这一天的晚些时候，毛泽东在会见田中时，也问到“麻烦”的问题。田中表示，日方准备按中国的习惯来改。
（2）日台关系问题。田中来华前，在公开场合曾多次表示“充分理解”中方关于复交三原则，但出于国内政治上的原因，日方始终没有对三原则之一的“《日台条约》是非法的、无效的，应予废除”作出承诺。会谈中，日方提出希望对他们国内的处境和困难给予照顾。因此，中方同意在联合声明中不提《日台条约》，而由日方在另外场合声明：作为日中邦交正常化的结果，《日台条约》宣告结束。这样，剩下的问题就是日方在什么时候作此声明了。27日，周恩来在同田中、大平会谈时当面问道：从联合声明公布之日起，两国就建交了，双方互换大使需要多少时间？这句话实际是问日方何时采取废除《日台条约》的具体行动。大平明确回答：“我们有决心尽快采取必要的措施。”周恩来表示满意。在次日的会谈中，周恩来用中文写下“言必信，行必果”六字交给田中，田中也写下日本旧宪法里的一句话“信为万事之本”交给周恩来。中日双方表明了相互信任的态度。
（3）战争赔款问题。还在田中访华前，中方已向日方正式转告，为了中日两国人民的友谊，中国准备放弃对日本国的战争赔偿要求，并建议将此写入双方联合声明。
不料，在26日上午举行的两国外长会谈中，日方的高岛益郎用了一个多小时的时间，叙述了日方对复交三原则所持的立场。他坚持认为：根据《日台条约》，日本与中国的战争已宣布结束。姬鹏飞外长对此强压怒火，保持了沉默。
在这天下午的第二次首脑会谈中，周恩来就此事向田中和大平表明态度：“我们非常欣赏田中首相和大平外相所说的这样一句话，恢复日中邦交应从政治上解决，而不要从法律条文上去解决。从政治上解决，比较容易解决问题，而且可以照顾双方；如果只从条文上去解释，有时很难说通，甚至发生对立。”接着，他批驳了高岛的说法，指出：“当时蒋介石已逃到台湾，他是在缔结旧金山和约后才签订《日台条约》，表示所谓放弃赔偿要求的。那时他已不能代表全中国，是慷他人之慨。遭受战争损失的主要是在大陆上。我们是从两国人民的友好关系出发，不想使日本人民因赔偿负担而受苦，所以放弃了赔偿的要求。”他还说：“毛主席主张不要日本人民负担赔款，我向日本朋友传达，而你们的条约局长高岛先生反过来不领情，说蒋介石已说过不要赔款，这个话是对我们的侮辱，我们绝对不能接受。我们经过50年革命，蒋介石早已被中国人民所推翻。高岛先生的说法不符合你们两位的精神。”[70]据日本方面的记载，周恩来在气愤之下当面痛斥高岛是“法匪”。
在随后很晚才开始的午餐中，日本代表团成员食欲全无。大平和高岛闷头饮水，一言不发。田中给大平打气说：“失败了又会怎样，至多还是原来的样子。谈不成就谈不成好了。就这样回去呗。责任由我来负。”