После отставки Н. С. Хрущёва и смены советского руководства в 1964 г. в Москву с целью выяснения обстановки, дальнейших действий и возможных переговоров прибыла китайская партийно-правительственная делегация во главе с Чжоу Эньлаем. Однако сторонам тогда не удалось достигнуть какого-либо соглашения или компромисса. И всё же и Китай, и Советский Союз стремились решать спорные вопросы путём дипломатических переговоров на разных уровнях. Так, в 1964 г. состоялись важные межгосударственные консультации по пограничным вопросам. Внимательно рассмотрев всю линию границы, обе стороны согласились на её установление (кроме протоки Казакевичева в районе Хабаровска) по середине главного фарватера судоходных рек (Амур и Уссури) или середине русла несудоходных рек (Аргунь, Сунгача). Этот же принцип был подтверждён и на последующих переговорах о границе.
В начале 1965 г. советская делегация во главе с премьером А. Н. Косыгиным, направлявшаяся в Ханой через Китай, имела беседы с Мао Цзэдуном и Чжоу Эньлаем, предложив провести переговоры по вопросам нормализации двусторонних отношений. Главным итогом встречи была достигнутая договорённость о возобновлении переговоров по пограничным вопросам.
Начавшаяся в 1966 г. «культурная революция» резко обострила советско-китайские отношения, а вооружённые пограничные столкновения на острове Даманский на р. Уссури в марте и в районе Жаланашколь (Казахстан) в августе 1969 г. стали сигналом серьёзной тревоги. Снизился уровень дипломатических представительств двух стран. Ещё в апреле 1966 г. был отозван в Москву посол СССР в Китае С. Г. Лапин, эвакуированы члены семей сотрудников посольства. Поверенным в делах СССР оставался Ю. И. Раздухов. Только в сентябре 1970 г. в Пекин прибыл новый советский посол В. С. Толстиков. В ходе «культурной революции» были прерваны установленные ранее широкие политические, экономические, научно-технические, военные, культурные и общественные связи. Порвались живые нити общения и взаимопонимания между многими тысячами советских и китайских граждан. «Культурная революция» нанесла большой ущерб советско-китайским отношениям.
Советский Союз неоднократно выдвигал предложения о проведении переговоров с целью ослабления напряжённости в отношениях с КНР. Такие предложения делались в 1964, 1965, 1966 гг.— об организации встречи на высшем уровне, в 1969 и 1970 гг.— об оформлении специальным межгосударственным актом обязательства сторон не нападать друг на друга с применением вооружённых сил, включая ядерное оружие, в 1971 г.— о подписании договора о неприменении силы, в 1973 г.— о заключении договора о ненападении. Однако все эти предложения были отклонены китайской стороной, ультимативно требовавшей от СССР предварительных «конкретных шагов по устранению препятствий» на пути к нормализации отношений.
В 1976 г. во внутренней жизни Китая произошли важные события. В январе 1976 г. скончался премьер Госсовета Чжоу Эньлай, которого сменил Хуа Гофэн, а в сентябре 1976 г. умер Мао Цзэдун. Были отстранены от власти четверо ближайших сподвижников Мао, осуждённых как «банда четырёх». Период «культурной революции» закончился, в развитии КНР наступал новый этап.
На возобновившихся в конце ноября 1976 г. переговорах по пограничным вопросам СССР подтвердил выдвинутые ранее инициативы: внесённое в 1971 г. предложение заключить договор о неприменении силы друг против друга включая обычное, ракетное и ядерное оружие, и предложение 1973 г. о заключении договора о взаимном ненападении. Была вновь высказана готовность к расширению торговли, восстановлению связей между обществами дружбы, академиями наук, в области здравоохранения. Пекин отверг все эти предложения, сославшись на то, что для их реализации «условия ещё не созрели». В октябре 1977 г. стороны возобновили переговоры о границе, но они не дали результатов и были прерваны в августе 1978 г.
12 августа 1978 г. состоялось подписание договора о мире и дружбе между КНР и Японией. В текст договора по настоянию китайской стороны был включен пункт о «борьбе против гегемонизма», что, по оценкам того времени, придавало этому договору антисоветскую направленность. Советско-китайский договор 1950 г. в части, касающейся совместных действий в случае военной угрозы со стороны Японии, таким образом терял свою силу. Затем был совершён значительный прорыв американской политики блокады Китая. Советский Союз, придерживаясь духа Договора 1950 года, и в трудные времена 1960—1970‑х гг. неизменно сохранял верность своей позиции о признании одного Китая, постоянно настаивал на восстановлении законных прав КНР в ООН. 15 декабря 1978 г. между КНР и США было достигнуто соглашение о взаимном признании, а с 1 января 1979 г. установлены официальные дипломатические отношения на уровне посольств. Однако внешняя политика Пекина в то время, основанная на теории «трёх миров», была нацелена на достижение более тесных связей КНР с США и их европейскими союзниками с открытой демонстрацией своей неприязни к Советскому Союзу. При этом выдвигались призывы к совместным действиям с Западом под лозунгом «борьбы против гегемонизма» СССР. Политика Пекина вновь стала, говоря словами Мао Цзэдуна, «склоняться в одну сторону», на этот раз в сторону США.
В преддверии истечения срока действия Договора 1950 г. советской стороной была предпринята ещё одна попытка ввести советско-китайские отношения в нормальное русло. 24 февраля 1978 г. Президиум Верховного Совета СССР направил Постоянному комитету ВСНП официальное обращение с предложением выступить с совместным заявлением о принципах взаимоотношений между СССР и КНР на основе мирного сосуществования, равноправия, взаимного уважения, суверенитета и территориальной целостности, невмешательства во внутренние дела друг друга и неприменения силы. Для согласования и принятия текста совместного заявления предлагалось провести встречу представителей двух сторон на высоком уровне в Москве или Пекине.
В ответ на это предложение председатель КНР Хуа Гофэн в своем выступлении на сессии ВСНП 26 февраля 1978 г. заявил: «Если руководящая группировка Советского Союза действительно желает улучшения межгосударственных отношений Китая и СССР, то она должна доказать это практическими действиями. Прежде всего она должна в соответствии с взаимопониманием глав правительств Китая и Советского Союза, достигнутым в 1969 г., заключить соглашение о сохранении статус-кво на границе, предотвращении вооружённых конфликтов и выходе вооружённых сил обеих сторон из соприкосновения в спорных районах на границе и затем вести переговоры в целях решения вопроса о границе. Она должна вывести свои войска из Монгольской Народной Республики и из районов, прилегающих к китайско-советской границе, восстанавливая положение, существовавшее в начале 1960‑х годов. Как будут развиваться в дальнейшем китайско-советские отношения полностью зависит от советской стороны». 9 марта 1978 г. МИД КНР передал послу СССР В. С. Толстикову ноту с официальным ответом на обращение Президиума Верховного Совета СССР, которое было названо «пустым заявлением».
Вторжение китайских войск во Вьетнам в феврале 1979 г. резко обострило обстановку в Индокитае и усилило международную напряжённость. Советское правительство решительно осудило эти действия Пекина и потребовало незамедлительного вывода китайских войск из СРВ. Действия СССР в военно-политической сфере в определённой степени ускорили принятие руководством КНР решения о выводе китайских войск из Вьетнама, что приостановило разжигание нового очага войны в Индокитае.
Вместе с тем расхождения в позициях СССР и КНР в отношениях с Вьетнамом значительно осложняли и без того натянутые советско-китайские отношения, которые всё больше приобретали недружественный характер, что противоречило Договору 1950 г.
Состоявшийся в сентябре 1979 г. 4‑й пленум ЦК КПК 12‑го созыва дал безоговорочно резкую негативную оценку «культурной революции» и провозгласил новый курс развития страны на основе принципа реформ и открытости. В соответствии с этим курсом Китаю необходимо было выстраивать новые взаимоотношения с внешним миром и, прежде всего, с СССР и США.