周恩来随后于8月访苏，并与斯大林举行了多次会谈。中途赶来的金日成、朴宪永和彭德怀参加了后期会谈。除讨论中国经济建设的问题外，会谈的重点在于确定以后战争中应采取的方针。周恩来介绍了战场上中朝力量的情况，认为“现在我们有足够的把握，可以进行更长时间的作战，并且因为建立了坚固的坑道工事，也经得住轰炸”。关于战俘问题，斯大林首先指出，美国人想按自己的主张解决战俘问题，而根据国际法，交战各方必须遣返除罪犯以外的所有战俘。斯大林问，毛泽东对战俘问题是怎样考虑的：是让步还是坚持自己的主张。周恩来简要地介绍了在这个问题上中朝之间存在的分歧，并表达了毛泽东“必须坚持遣返全部战俘”的看法。周恩来说：“朝鲜人以为，继续打下去不利，因为每天的损失要超过在遣返上有争议的战俘人数，而停战对美国不利。毛泽东则认为，战争打下去对我们有利，因为这打乱了美国对第三次世界大战的准备。”斯大林当即肯定说：“毛泽东是对的。这场战争伤了美国的元气。北朝鲜人除了在战争中遭到牺牲以外，并没有输掉任何东西。美国意识到，这场战争对他们是不利的，必须结束它，特别是当他们知道仍有我军驻在中国以后。需要的是毅力和耐心。”斯大林还提出了一个更能触动中国领导人神经的问题，他提醒周恩来说：“对美国必须强硬。中国同志必须了解，如果美国不输掉这场战争，那么中国永远也收复不了台湾。”关于解决战俘问题的具体方法，周恩来谈到，如果美国人做出某些让步，那么可以按以下方案之一继续谈判，第一，在美国仍然坚持遣返部分战俘的情况下，宣布扣留同样比例的美韩战俘；第二，战俘问题交给中立国(如印度)进行调解；第三，先签订停战协定，战俘问题留待以后解决。在交谈中，斯大林倾向第一方案，而周恩来重点谈的是第二方案。不过，他们一致赞同的前提是首先坚持全部遣返战俘，并要美国先行表示让步，而不能在美国的恐吓面前退缩。
对于平壤的说服工作，自然还要莫斯科出面。在9月4日与金日成会谈时，斯大林问到，朝中之间在谈判问题上是否存在某种分歧。金日成回答：“我们之间不存在原则上的分歧。我们同意中国同志提出的那些方案。但是，由于朝鲜人民目前处于的严重状况，我们更愿意尽快缔结停战协定。”斯大林立即说：“我们在此已经与中国代表团讨论了这一问题，并表达了这样的建议：不同意美国人提出的关于战俘问题的条件而坚持自己的条件”。“如果美国人不愿意遣返20%的中朝战俘，……那么他们的那20%的战俘也不能返回，一直到他们不再扣押中朝战俘为止”。斯大林最后以肯定的语气结束了这一话题：“这就是我们对此问题的看法”。 1952年11月10日苏联代表在联合国提出了解决朝鲜问题的新提案，24日又提出补充建议。28日周恩来代表中国政府发表声明，完全赞同苏联的提案和建议，即先停战，再解决全部遣返战俘问题。
此后直到斯大林去世以前，金日成没有再提立即停战的主张，而是关注于如何更多地取得苏联援助物资的问题。不过，在战争即将结束之前，中朝之间在是否立即签署停战协定的问题上又发生了分歧，这也是战争期间的最后一次争论。1953年3月以后，苏联的对外政策及战争方针发生改变，从而促进了朝鲜停战谈判的进程。 但李承晚不想停战，并以擅自释放战俘的做法破坏协定的签字。为此，中方主张再发动一次战役，借以争取更好的停战条件。而朝方则要求马上在停战协定上签字，对李承晚释放战俘的行为不必追究。彭德怀没有理会金日成的主张，在毛泽东的支持下，按自己的意愿发动了一次较大规模的阵地突破战，并取得成功。
显然，在停战问题上，金日成考虑的是朝鲜的实际利益：既然无望在战争中取胜，那么最好在维持现状的前提下尽早结束战争，转而进行经济建设，巩固其对朝鲜北方的统治。而毛泽东因其对亚洲革命负有的领导责任，则必须着眼于两个阵营之间对抗的总体形势，着眼于社会主义阵营在东北亚乃至整个亚洲的安全利益。惟其如此，在中朝之间发生分歧时，毛泽东才屡屡得到斯大林的支持。
对朝鲜战争期间中朝联盟真实状况的回顾和探索，大致可以做出如下结论：
一、毛泽东在十分困难的条件下决心派兵入朝作战，表明中共对苏联和社会主义阵营的忠诚，同时也在实际意义上让中国承担起亚洲革命领导者的责任。由此，中苏同盟得到巩固，毛泽东也取得了斯大林的信任。于是，中国在战争中的主张往往得到苏联的支持。
二、由于大规模、持续不断地派遣军队进入朝鲜，中国在很大程度上已经掌握了中朝方面对于战争的战略和策略的实际主导权，而斯大林则不得不放弃战前苏联对朝鲜的完全控制。而在中苏两个大国团结一致的情况下，朝鲜只能“忍辱负重”，采取服从的态度。
三、尽管在中朝之间发生分歧和矛盾时，最后都是朝鲜依从中国的主张，但毛泽东的本意并非要侵犯朝鲜主权、干涉朝鲜内政，也没有像斯大林战前那样追求对朝鲜的控制。究其原因，一方面中朝关系如同中苏关系，反映出社会主义国家关系中的结构性弊病，即国际共产主义运动中党际关系在本质上是一种排斥各党独立地位的领导和被领导的关系；另一方面，毛泽东熟读中国古书，作为中国的统治者，在他的头脑中有意无意地接受了“中央王朝”的统治理念。中国与朝鲜之间在历史上长期保持着宗藩关系，其特点之一就是宗主国并不要剥夺外藩的主权，而只是要求其臣服和追随。
四、金日成有一种强烈的民族独立意识，又要在朝鲜建立起他个人独一无二的统治地位，而朝鲜劳动党内部派别林立，其中构成威胁的主要是南方派、莫斯科派和延安派。特别是在战争的环境中，延安派成员多为军事领导干部，并与入朝作战的中国军队保持着密切联系，这无疑令金日成感到不安。这种心理障碍，再加上中国军事领导人时而表现出来的对朝鲜指挥和作战能力的轻视，使得中朝高层之间缺乏一种超脱意识形态的真诚和信任，从而给他们的同盟及合作带来了困难，同时也为战后中朝关系的发展蒙上了一层阴影。
