1954年4月26日下午，日內瓦會議開幕。出席會議的國家有：中國、蘇聯、英國、法國、美國、朝鮮、大韓民國、澳大利亞、加拿大、希臘、菲律賓、盧森堡、新西蘭、泰國等。

會議由泰國外交部部長旺·威泰耶康親王、蘇聯外交部部長莫洛托夫、英國外交大臣羅伯特·安東尼·艾登依次輪流擔任會議主席。會上，周恩來、蘇聯外長莫洛托夫、英國外交大臣艾登、法國外長皮杜爾和美國國務卿杜勒斯第一次同坐在一個大廳里開會，舉世矚目。

會場內幾百名記者忙碌著搶拍鏡頭。這些記者格外關注新中國，周恩來成了萬人矚目的焦點人物。

從4月27日至6月15日，會議的中心議題是如何和平解決朝鮮問題。會前，中國、蘇聯、朝鮮三國代表開會，并商定：先由朝鮮外務相南日發言，提出關于和平統一朝鮮、撤退一切外國軍隊、由主要國家共同保證促成朝鮮和平統一的方案，然后再由中國周恩來、蘇聯莫洛托夫依次發言，支持朝鮮代表的主張。

4月27日，日內瓦會議開始討論朝鮮問題。南日在發言中提出了和平解決朝鮮問題的方案：“舉行朝鮮國民議會的全朝鮮自由選舉，以組成朝鮮統一政府”“一切外國武裝力量，在六個月內撤出朝鮮”“要創造條件以促進盡速完成以和平方式把朝鮮統一成為一個統一的、獨立的、民主的國家的任務。”

第二天，周恩來在會上首次發言，全面闡述中國政府對亞洲問題、特別是朝鮮問題和印度支那問題的立場，譴責美國在亞洲的侵略政策和戰爭政策，支持南日提出的關于恢復朝鮮國家統一的三項建議。

在會上，周恩來指出：蘇、美、英、法和中華人民共和國以及其他有關國家的外長們坐在一起，為解決最迫切的亞洲問題而舉行這個會議，本身就意味著通過和平協商解決國際爭端的可能性的增長。中國代表團完全支持朝鮮代表南日提出的實現朝鮮和平統一的三點建議，因為南日的建議是完全公平合理的。他還表示，希望會議的參加者慎重考慮這個公平合理的建議，使之成為和平解決朝鮮問題協議的基礎。

但是，美國及其追隨者頑固堅持不解決問題的立場。周恩來在致電中央的電報中作出初步判斷：“根據三天會場情況看來，朝鮮問題的討論形成敷衍局面，因美國不打算解決問題，法國對朝鮮問題又不便發言，英國也表示不想發言。”與會各方對如何和平解決朝鮮問題存在著原則上的分歧，朝鮮問題陷入了僵局。

6月15日，舉行了最后一次討論朝鮮問題的會議。會上，南日提出了保證朝鮮和平狀態的六項建議。周恩來提出以南日的建議為基礎，召開由中、蘇、英、美、法、朝鮮民主主義人民共和國和大韓民國七國參加的限制性會議，討論鞏固朝鮮和平的有關措施。接著，蘇聯代表莫洛托夫提出關于維護朝鮮和平的共同宣言草案。然而，美國代表對朝、中、蘇的建議斷然拒絕。

之后，泰國代表宣讀了對方提出的《十六國共同宣言》，聲稱“由本會議進一步考慮與研究朝鮮問題是不能產生有用的結果的”，這就意味著，這些國家想把在日內瓦會議上繼續討論朝鮮問題的大門完全關死。

這時，周恩來站了起來，指出：我們對這個《宣言》斷然要停止會議表示極大的遺憾，并指出情況雖然如此，我們仍有義務對和平解決朝鮮問題達成某種協議。為此，他建議通過決議：“日內與與會國家達成協議，它們將繼續努力以期在建立統一、民主和獨立的朝鮮國家的基礎上達成和平解決問題的協議。關于恢復適當談判的時間和地點問題，將由有關國家另行商定。”

周恩來還指出：如果這樣一個建議都被“聯合國軍”有關國家拒絕，那么，“這種拒絕協商和和解的精神，將為國際會議留下一個極不良的影響”。比利時代表斯巴克表示贊同周恩來的意見。與會各國都感覺到了，周恩來最后這句話的分量是很重的。

歷時51天的日內瓦會議關于朝鮮問題的討論，由于美國代表的破壞，以未通過任何協議而宣告結束。盡管如此，這個討論也是有巨大意義的。正如周恩來所言：“在全世界人民面前證明了蘇聯、中國和朝鮮民主主義人民共和國是在尋求用協商方式緩和國際緊張局勢的，是用各種建議求得達成協議，達成朝鮮的民主統一、民族獨立。”“美國在表面上很兇，但背后卻很虛弱。艾登6月26日在國會演說時也曾說，朝鮮問題并沒有在議程中抹掉。朝鮮問題雖然沒有達成任何協議，但問題已看得很清楚，再打起來的可能性是很小了。”

會議第二階段討論印度支那和平問題。早在5月8日，當會議關于朝鮮問題陷入僵局的時候，周恩來就印度支那停止敵對行動提出了六點建議，從而推動了整個會議的進展，終于達成了關于恢復印度支那和平的決議。

7月21日，周恩來出席恢復印度支那和平問題的最后一次會議。他在發言中指出：為維護亞洲和世界的和平與安全，世界各國應該根據和平共處五項原則“進行協商和合作”；在這次會議討論的兩大問題中，關于和平解決朝鮮問題，雖然沒有達成任何協議，但是，它并沒有從議程上去掉；現在，本會議對于恢復印度支那和平問題，不僅達成了停止敵對行動的協議，而且達成了關于解決政治問題的原則協議，這“讓我們更加堅定信心，繼續為維護和鞏固世界和平而努力”。

最后，會議通過關于恢復印度支那和平問題的《日內瓦會議最后宣言》，實現了印度支那的停戰，結束了法國在這個地區進行多年的殖民戰爭，確認了印度支那三國的民族權利。歷時3個月的日內瓦會議閉幕。

通過日內瓦會議，全世界再次看到：中國政府和人民為維護世界和平，通過談判解決國際爭端，作出了重要貢獻。周恩來為促進世界和平，維護社會主義中國的獨立、主權和中華民族的民族尊嚴，增進我國同世界各國特別是廣大發展中國家和人民的友誼，提高我國的國際地位，推動廣泛的對外經濟文化交流，付出了艱辛勞動，作出了歷史性貢獻。他博大精深的外交思想、豐富多彩的外交實踐、獨具一格的外交藝術和風格，在國際社會為黨和國家贏得了很高的聲譽。