抗美援朝事起，两位领导人又进入了历史上少有的繁忙阶段。他们身边的工作人员都感觉到，毛泽东为考虑出不出兵，连续几天不能入睡。吃安眠药也不管用。
　　 周恩来的忙碌则是另一种形式：不但要“听”，还得“跑”。他不是神，老不休息，他也犯困。参谋、秘书时常看见他在办公时打瞌睡。碰到这种情况，他还是老办法，捏捏鼻子，揉揉眉毛，揪几下头发，或者抹点清凉油。在他修改过的文件上，有时可看到跑笔的痕迹或墨水疙瘩，也有他写花的字，那都是他在过度劳累的时候留下的。
　　 周恩来不仅要“跑”国内，还要“跑”国外。
　　 10月8日，军委主席毛泽东发布了组成中国人民志愿军、由彭德怀任司令员兼政治委员的命令。同一天，毛泽东指派周恩来秘密出访苏联，向斯大林通报我国的出兵决策，并向苏联请求军火援助。周恩来在接到毛泽东交给任务的当天，就带上师哲和机要秘书康一民，乘飞机飞赴莫斯科。不愿肩负入朝指挥作战重任的林彪也同机前往苏联养病。
　　 斯大林正在黑海海滨休假。10月10日，周恩来和林彪又乘飞机赶赴风光秀丽的黑海之滨，会见斯大林。
　　 斯大林与周恩来分别不到一年，彼此都没有什么变化：周恩来还是那身中山服，斯大林也没穿军装，烟斗仍在他手中冒着缕缕青烟。他仔细听着周恩来介绍的中国出兵计划，然后习惯地站起来，在屋里来回走动。他的走动总让人有一种局促不安的感觉。他时常眯缝着眼，环视着所有在座者。
　　 中方是周恩来、林彪，苏方几乎是全体政治局委员，仍由师哲和费德林担任翻译。苏方发言的主要是斯大林，中方是周恩来。
　　 翻译说完了，斯大林缓慢地说：“美军已越过三八线进入朝鲜北部。朝鲜如果没有支援，最多只能维持一个礼拜的时间。在这种情况下，与其进行无望的抵抗，最终被敌人消灭掉，不如早点主动撤退，以保持所剩的有生力量，以待他日。中国同志决定出兵支持朝鲜，你们的考虑是正确的。但是还应该考虑另一方面，美国毕竟是当今世界上的军事强国，美军拥有很大的海空军优势和军事技术装备。”
　　 这几句话倒很对林彪的心思，但在斯大林面前他不愿表露自己的心迹。
　　 周恩来也不说话，以沉默表示反对。
　　 斯大林已敏感地注意到周恩来的表情，耸耸肩膀，笑了笑：“无论是自己撤退，还是被敌人消灭掉，这都意味着让敌人占领整个朝鲜，美军和伪军将陈兵鸭绿江、图们江。估计那时我们、特别是中国的东北恐怕就不会有安宁的日子了。东北的经济恢复恐怕也谈不上了。他们那时怎么都可以进行骚扰……建议把我们商谈的情况，即撤退的意见，立刻电告金日成，不能拖延时间。”
　　 林彪插话：“不必撤走有生力量，而应让他们留在朝鲜境内，那里多山、有森林，他们可以随时进入山沟森林，进行长期游击战争，而且可以转战于朝鲜南北各地，以待时机。”
　　 斯大林对林彪此建议不感兴趣，说恐怕敌人不会让游击队存在下去。趁翻译正在译文时，斯大林打开他那特备的烟盒，取出几支香烟，不慌不忙地将它们捻碎后塞进烟斗，点燃后抽了起来。
　　 周恩来说：“我们考虑到这些问题，准备在朝鲜和美国军队打起来，准备美国宣布和中国进入战争状态，准备应付美国对中国的空中轰炸。”
　　 斯大林随后说：“我们曾经设想如何帮助朝鲜同志。但我们早已声明过，我们的军队已全部撤出朝鲜了。现在我们再出兵朝鲜去有困难，因为这等于我们同美国直接交战。所以设想，中国可以出动一定数量的兵力，我们供应武器装备；在作战时，我们可以出动一定数量的空军做掩护。自然，也只限于在后方和前沿，而不能深入敌后，以免被敌人击落、俘获，这在国际上会造成不良影响。”
　　 斯大林的意思是中国也不要出兵，省得出兵后再撤回。以后的会谈便没有什么实质性问题，变成了漫无边际的闲聊。闲聊之后就是苏联人惯常的酒宴。酒宴上，斯大林举着一杯红葡萄酒，向林彪敬酒。但林彪拒绝喝酒，滴酒不沾，惹得斯大林说了句稍带讽刺的话：“酒里没有毒药，稍饮无妨。”林彪还是不肯，斯大林又说了一句：“不知这位将军如何在前线指挥打仗！”结果，除了林彪一人顽固地不祝酒、不饮酒而遭到围攻外，其余的人都已醉眼朦胧，酒意半酣了。直到太阳从东方升起，宴席才结束。
　　 周恩来返回莫斯科，已是当日午后3时了。他正坐在公寓里准备喝茶水，康秘书和师哲拿着毛泽东刚刚打来的电报，走进来。电文的第一句是：你们走后，我们继续开会，政治局同志多数人主张出兵。周恩来一惊，认真看了一遍电报，的确是仍主张出兵的意思。他坐在沙发上，一言不发，双手抱着头，陷入深深的沉思。因为他昨天已接受了斯大林不出兵的意见，如今怎么办？
　　 过了一会儿，周恩来平静下来，他要师哲立即将电文译成俄文，一页一页随送给他看。他将译好的电文首先送给莫洛托夫，要求他立刻转告斯大林，并约定时间，举行新的会谈。晚上，周恩来同莫洛托夫见面，首先提到来电的内容，希望把来电转告斯大林。
　　 莫洛托夫说：“电文已转去了，但未见回话。不过昨天斯大林同志已谈到中国出兵，军火供应没有问题。虽双方没有最后谈定，但我大概了解一些情况和你们的希望。”
　　 周恩来问他，对中共中央出兵的决定有什么看法。莫洛托夫一再表示，他不能做主，这一切都必须由斯大林来定。莫洛托夫回去后，又打来电话说，苏联不赞成中国立即出兵，也不准备派空军支援。理由是，苏联的空军没有准备好。这显然是斯大林的意见。他担心中国出兵会引起世界大战，甚至主张如果朝鲜失败了，可以让金日成到中国东北组成“流亡政府”。周恩来急了，在电话中嚷起来：“刚刚决定的事情，你们就推翻了？不管苏联怎么样，我国已经决定出兵援朝。”他将这一情况立即电告毛泽东：
　　 斯大林答复苏联空军目前尚未准备好，暂时无法支援中国志愿军作战，请中央对出兵问题再作考虑。
　　 毛泽东接到周恩来的报告，也大吃一惊，他9日已发电，要彭德怀准备集结部队于鸭绿江畔，随时入朝。是马上出兵还是暂缓出兵呢？未曾料到的情况使他陷于焦虑之中。当夜他又接到彭德怀自安东发来的准备11日晨入朝与金日成会谈的电报。这两份电报使他翻来覆去，决心难定。经与聂荣臻商谈后，他决定立即给彭德怀发电，通知彭明天先不要入朝而是和高岗一起迅速回京开会。