20世纪70年代初，随着国际形势的变化和发展，中美两国领导人清醒地意识到，改善双边关系符合两国的共同利益。
1971年4月10日至17日，以美国乒乓球协会主席格雷姆·斯廷霍文为团长的美国乒乓球代表团应邀访华，这是新中国成立后第一个应邀访华的美国团体。美国乒乓球代表团的访华，重新打开了中美交往的大门，为中美关系的发展奠定了良好开端，因而被称为“小球转动了大球”的“乒乓外交”。
1971年7月9日至11日，美国总统尼克松的特使、美国国家安全事务助理基辛格秘密访问中国，为尼克松访华铺平道路。1972年2月21日至28日，美国总统尼克松应中国国务院总理周恩来的邀请访华。毛泽东主席与尼克松横跨太平洋的握手，打破了中美冻结20余年的坚冰。尼克松访华期间，中美双方于1972年2月28日在上海发表了《中美联合公报》，即“上海公报”。在公报中，双方回顾了经历着重大变化和巨大动荡的国际形势，阐明了各自的立场和态度，并确定了共同的基本原则。然而，尚未来得及实现中美关系正常化，尼克松就因“水门事件”提前下台。继任总统福特由于各种原因也未能实现中美关系的新突破。
1977年，卡特入主白宫。基于中国在地区和世界上的作用日益重要这一事实，卡特政府把同中国关系正常化作为它对外政策的主要目标。1977年8月和1978年5月，卡特分别派国务卿万斯和国家安全事务助理布热津斯基访华，就中美关系正常化与中方进行磋商。1978年7月，中美两国代表在北京开始建交谈判。台湾问题是谈判的关键。1978年12月13日，中国领导人邓小平在北京会见了美方谈判代表伍德科克，直接与他就建交联合公报方案交换意见。美方随后提出修改草案，基本满足了中方要求。在关键时刻，邓小平亲自参与谈判，使中美建交谈判在数日内一锤定音。
1978年12月16日，中美两国发表了《中华人民共和国和美利坚合众国关于建立外交关系的联合公报》，即中美建交公报。中美两国宣布自1979年1月1日起互相承认并建立外交关系。公报重申上海公报中双方一致同意的各项原则，并决定1979年3月1日互派大使并建立大使馆。
为了进一步增进中美双方的了解，推动中美关系的发展，邓小平副总理于1979年1月28日至2月4日应卡特总统的邀请对美国进行正式友好访问。这是中华人民共和国成立后中国领导人第一次访美，受到了美国政府和人民的热烈欢迎。
邓小平副总理同卡特总统就国际形势和中美关系深入交换了意见。谈到台湾问题时，邓副总理说，中国是愿意用和平方式解决台湾问题的，但不能承担不用武力解决台湾问题的义务，因为那样反而不利于台湾问题的和平解决。双方发表的联合新闻公报说：“双方认为，两国社会制度的不同不应妨碍彼此加强友好关系和合作。”
在访问期间，中美双方签署了科技合作协定和文化协定，在教育、商业、空间方面进行合作的协议，以及建立领事关系和互设总领馆的协议。
[责任编辑：王怡然]
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