9月7日，代表团全体人员分乘两架苏制伊尔一18专机，从北京南苑机场起飞了。
9月9日，双方开始谈判。9日下午，聂荣臻拜会苏联部长会议第一副主席米高扬时，米高扬表示：中国必须掌握原子武器和导弹武器，否则就不能成为真正的大国。苏联将尽量给予中国帮助。
苏联代表团的团长是苏联部长会议副主席别尔乌辛。整个国防新技术谈判，分为若干部分，有军事、导弹、原子能、飞机、电子5个组。宋任穷、刘杰等负责谈原子弹方面的问題，陈赓、钱学森等谈导弹方面的问題。别尔乌辛对中国是很友好的，他甚至在谈判中认为，中方提出的有些产品型号性能太落后，他们可以提供更新的产品型号。
经过反复谈判，导弹方面，苏联答应提供P一2导弹样品和有关的技术资料。原子弹方面，起初是光给资料，不给样品，聂荣臻仅就这个问題，就和别尔乌辛谈了好几次，后來苏方经请示他们最高层同意，答应给样品。
谈判有了初步成果，聂荣臻派宋任穷回国汇报，中国驻苏大使刘晓请宋任穷给毛泽东捎口信，说赫鲁晓夫眼下正处于困难时期，希望得到中国共产党的帮助，希望毛泽东亲临莫斯科参加十月革命纪念节活动并参加世界共产党大会，使馆方面倾向于接受赫鲁晓夫的要求。宋任穷一下飞机，毛泽东把他叫到钓鱼台12号楼，周恩來、***、李富春等人都在。
宋任穷向毛泽东等人详细汇报后，说：“总的看，苏联的态度友好、慷慨，但是一些关键项目上还是有所保留，比如原子弹，起初只同意给资料，不给样品，聂帅就这个问題亲自找他们谈了好几次，最后请示他们的最高层，我们估计是赫鲁晓夫，才答应，并且写进了协定。”
周恩來突然从草案上抬起头道：“但给样品的时间很模糊呀，57年至61年底，四年，这个时间概念有问題。”
宋任穷说：“总理说的是，聂帅也提出最好有个确切的时间，但对方始终沒有同意，理由是：一，我们翻译、熟悉资料需要时间，二，原子弹样品存放条件苛刻，要看我们建好的库房是否符合要求再定。”
周恩來若有所思地点点头：“原子弹样品，这个最核心的问題沒完全解决，这个后遗症留不得呀。”
后來，问題也正是出在周恩來最担心的地方。
宋任穷又说：“还有，P2导弹的资料、样品都答应给，可是钱学森同志提出想去总装厂看看，他们却不同意。我走的时候，陈赓还在跟人家软磨硬泡呢。”
***说：“陈赓那个脾气，能拉下脸來跟人家说好话，不容易哟。谈成的我看不能拖，先签下來，力争兑现，沒谈成的边搞边谈嘛。”
毛泽东满意地点点头：“我看能谈成这个结果很不错了。在一些项目上对方有所保留，这是预料之中的，也不难理解，谁也不能把家底子都倒给你嘛。总理呀，细节问題上你们再推敲推敲，我看可以定了。小平说的对，不能拖呀。”
周恩來说：“好的主席。”
宋任穷接着把刘晓大使的口信说了。毛泽东思考一下，问道：“你们看呢？”
***说：“别人家里的事情我们管不着，但我们总是希望苏联党内不要乱，乱了对中苏友好这个大局不利。赫鲁晓夫是苏共最高领导人，支持他，对苏联党、国家的稳定团结有利，主席应该去。”
周恩來说：“赫鲁晓夫希望主席去，还有一个用意，目前社会主义阵营内部各种声音比较多，一些国家对苏联有看法，意见还比较大，我们有一定的影响力，所以希望我们帮助他來稳住这个阵脚。从这个大局看，主席去一趟有好处。”
李富春说：“不管怎么说，赫鲁晓夫这一次帮了我们大忙，他有困难，我们应该帮他。”
毛泽东突然对宋任穷道：“宋任穷，你刚从苏联回來，你的意见呢？”
宋任穷愣一下：“主席，这是国家大事，我说不好……不过主席，您去，对我们谈判、签字肯定有好处。”
毛泽东道：“好，只要对你们的谈判、签字有利，我去！”
经过长达35天的谈判，1957年10月15日，聂荣臻代表中国政府与苏联签订了全称为《中华人民共和国政府和苏维埃社会主义共和国联盟政府关于生产新式武器和军事技术装备以及在中国建立综合性原子能工业的协定》。这就是中苏两国历史上有名的“国防新技术协定”。也叫“10月15日协定”。后來，西方历史学家习惯于把这一时期称为中苏两国的蜜月时期。
这个时候，苏联和美国都已爆炸了各自的氢弹，并研制成功了洲际导弹。就在这次谈判期间，苏联于10月14日成功发射了世界上第一颗人造卫星，轰动了全世界。这次谈判，虽然苏联为中国提供的大都是属于过时或即将过时的东西，虽然这些东西一样得花钱，虽然这些承诺还仅仅是写在纸上的东西，虽然苏联拒绝代表团参观核心工厂并拒绝提供核心技术，但对于几乎是一穷二白的中国來说，已经知足了。
18天之后，毛泽东率中国代表团來到莫斯科，和彭德怀、宋庆龄、郭沫若等人一起参加十月革命四十周年庆典，然后，毛泽东和12个社会主义国家领导人一起签署了《莫斯科宣言》。在克里姆林宫的小礼堂里，苏联专门给毛泽东和中共代表团安排的原子弹、氢弹爆炸的纪录片，令观看者深为震撼。看完电影，毛泽东说，这次到苏联，开了眼界哩，看來原子弹能吓唬不少人，美国有了，苏联也有了，我们也可以搞一点嘛。
就在毛泽东这次访苏期间，苏联又一次成功发射一颗人造卫星。能够抢在美国前面发射卫星，毛泽东由衷盛赞苏联人民取得的伟大成就，他对赫鲁晓夫说：“美国人吹得神乎其神，天花乱坠，为什么连个山药蛋都沒有抛上去呢？”
也许就是在这个时刻，毛泽东萌发了中国也要搞人造地球卫星的设想。
14原子弹，你知道吗？
1958年初，二机部九局（核武器研究院）下属的北京第9研究所成立，办公地点定在北京北郊的花园路，那时候，这儿还是一片荒地。工程随即破土动工，作为接受苏联提交原子弹模型与技术资料的场所。与此同时，铀浓缩、反应堆、核燃料元件、铀水冶炼等工厂和矿山的建设陆续展开。按照中苏双方的协定，两
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