1949年12月21日，毛澤東出席斯大林70壽辰慶祝大會
1949年12月16日，毛澤東率領中國代表團前往蘇聯訪問。這是國家元首第一次出國訪問。
1949年後，針對當時的國際形勢，毛澤東提出了向蘇聯及社會主義陣營「一邊倒」的基本外交戰略。毛澤東親訪蘇聯便是這種基本外交戰略的集中體現。此行的使命是與蘇聯領導人商談兩黨兩國之間重要的政治、經濟、文化問題，了解蘇聯的經濟與文化建設，商談和簽訂有關的條約和協定。
毛澤東率代表團到達莫斯科後，會見了斯大林，高度評價斯大林對國際共產主義運動的貢獻，就中蘇重要的政治與經濟問題交換意見。兩國政府簽訂《中蘇友好同盟互助條約》。條約有效期30年。同時，雙方還簽訂了《中蘇關於中國長春鐵路、旅順口及大連的協定》和《中蘇關於貸款給中華人民共和國的協定》。毛澤東在臨別演說中高度評價了中蘇兩國人民的團結與友誼。他讚揚蘇聯經濟、文化及其他各項重要的建設經驗，認為這將成為中國建設的榜樣。
在中國代表團為期兩個月的訪蘇期間，發生了一些隔閡和不愉快的事情。後來，《釣魚台往事追蹤報告》一書及《毛澤東第一次訪問蘇聯》等有關資料披露了毛澤東訪蘇期間被斯大林「軟禁」的歷史真相。
毛澤東到達莫斯科的當天，斯大林就在克里姆林宮與他舉行了會談。斯大林那天顯得很精神，一身筆挺的軍服。他破格地站在了廳門口，而且是幾乎所有的政治局委員都在這裏列隊，這在蘇聯是不多見的。
還有一件事也是罕見的，斯大林竟然沒有要一名蘇聯的翻譯，只是由中國方面的翻譯師哲一個人全權代表。這足以看出斯大林對中國方面的信任。
當毛澤東出現在大廳門口時，斯大林迎了上去，他緊緊握住毛澤東的手，說：「您好！您很年輕，很了不起！很了不起！」毛澤東說：「見到了斯大林同志十分高興！」
斯大林對毛澤東非常讚賞，他接連說了好幾句：「偉大，真偉大！你是中國人民的好兒子！你對中國人民的貢獻很大！我們祝你健康！」
會談的氣氛的確十分熱烈。但也出現了一些不和諧的音符。關於這次會談，師哲有一段詳細的回憶：
毛澤東同志說：「我是長期受到打擊排擠的人，有話無處說……」不等主席講完，斯大林立即插話：「勝利者是不受審判的，不能譴責勝利者，這是一般的公理。」斯大林的這句話使毛主席沒有把內心的話說出來。
大家邊談邊徐徐入座，斯大林坐在主席的座位上，蘇方官員列坐在他的右側，毛澤東及我坐在左側。正式會談開始了。斯大林關切地詢問毛澤東的健康狀況，希望他多保重。斯大林說：「中國革命勝利在望，中國人將獲得徹底解放，共產黨的力量是不可戰勝的。中國革命的勝利將會改變世界的天平，加重國際革命的砝碼。」
「恢復經濟和建設國家將是你們頭等重要而艱巨的任務，但你們有最寶貴、最豐裕的人力，這是取得最後勝利和向前發展的最可靠的保障和力量。你們獲得全面勝利是無疑的。但敵人並不會甘心，也是無疑的。然而今天敵人在你們面前是無能為力的。我們全心全意祝賀你們的勝利，希望你們取得更多更大的勝利！」
雙方的談話海闊天空，從前線的軍事情況談到經濟建設、糧食收穫、土地改革以及群眾工作等。從一開始就使人感到斯大林在揣摩毛澤東此行的意圖和願望。談話歷時兩個多小時，蘇聯方面只有斯大林一個人說話，其他人都未插話。
斯大林再三問毛澤東：「你來一趟是不容易的，那麼我們這次應該做些什麼？你有些什麼想法和願望？」毛澤東表示：「這次來，一是為祝賀斯大林同志的70壽辰，二是看一看蘇聯，從南到北，從東到西都想看一看。」斯大林說：「你這次遠道而來，不能空手回去，咱們要不要搞個什麼東西？」
7月份，斯大林和劉少奇談話時已經表示要等毛澤東到蘇聯後簽訂一個條約。這次我感覺到斯大林不願先提出自己的想法，以免日後有人說他把自己的意志強加於人，他可能考慮到過去他對中國革命出了些不正確的主意，有些不妥的做法，因此表現得很謹慎。
毛主席說：「恐怕是要經過雙方協商搞個什麼東西，這個東西應該是既好看，又好吃。」這話充滿了哲理和幽默，但是如果我直譯出來，蘇聯肯定不明白，所以我在翻譯時作了解釋：「好看就是形式上好看，要做給世界上的人看，冠冕堂皇；好吃就是有內容，有味道，實實在在。」
然而蘇聯人仍然不理解那是何物，全都目瞪口呆，只有貝利亞失聲笑了起來。斯大林不理解東方人的智慧，但他沉着冷靜，婉轉地繼續詢問。
毛澤東不肯明說，他認為蘇方有經驗，應該主動提出幫助我們，不提是不誠懇的。他對斯大林說：「我想叫周恩來總理來一趟。」斯大林表示驚訝，反問道：「如果我們不能確定要完成什麼事情，為什麼還要叫他來，他來幹什麼？」顯然斯大林在刨根問底，但毛主席沒有再回答。
斯大林和毛澤東都沒有猜透對方的心理和意圖，因而發生了某種誤解。有一種說法是：斯大林的內心打算是，不管中蘇雙方簽訂什麼條約或協定，都得由他親自簽署，對方必須是毛澤東簽字，這樣才門當戶對，冠冕堂皇。這是斯大林內心的最大願望和如意算盤。但毛澤東卻一心要把擔任總理兼外長的周恩來請到莫斯科來完成這項任務。斯大林雖是部長會議主席卻非外長。他不能理解，為什麼毛澤東不願意代表5億人民簽署這樣的條約？
這是雙方首次會談所遇到的難題及產生的隔閡和不愉快。而這些隔閡和不愉快，是通過斯大林的讓步而解決的，當然也埋下了中蘇關係的一些不和諧的種子。這期間，斯大林派了好幾個人來摸毛澤東的底，還親自打電話來詢問毛澤東的一些具體想法。
毛澤東又一次表現出獨特的個性。有一天他對來看他的科瓦廖夫發起了脾氣，他說：「你們把我叫到這裏來，什麼事也不辦，什麼事情也不談，難道我是來這裏天天吃飯，天天來拉屎、睡覺？」這明確表達了對斯大林拖延討論新約的不滿。
就這期間，發生了一件始料不及的事情。英國《路透社》發出了一條聳人聽聞的消息：毛澤東在蘇聯被斯大林軟禁起來了，據說消息來源還很可靠。這一下子蘇聯方面緊張起來了。他們大概也感到10多天沒有毛澤東的消息，沒有辦法向世界交代，就急忙派員來和中共方面商量，怎樣對待這條消息。還是中國駐蘇聯大使王稼祥想出了一個主意，說以毛澤東個人的名義發表一個答記者問，這樣謠言也就不攻自破了。
就在這時，事情卻突然有了轉機。緬甸、印度、丹麥、瑞典和英國等國準備承認或同中國建交。中國在國際上朋友越來越多的新動向促使斯大林認真對待毛澤東提出的要求。特別是英國《路透社》發的消息使蘇聯方面感到非常被動，也使斯大林終於認真考慮與中國簽訂新約問題，並同意周恩來來莫斯科。
1月2日晚，毛澤東致電中共中央，通報了蘇聯方面的情況，並明確提出讓周恩來「於1月9日從北京動身，坐火車來莫斯科」。電報發出後，毛澤東一掃10多天來的沉悶心緒，精神特別好。利用周恩來尚未到達的時間，他拜謁了列寧墓，到列寧格勒參觀了十月革命時炮擊冬宮的「阿芙樂爾號」巡洋艦，到波羅的海遠瞻了十月革命的策源地之一的喀琅施塔得要塞等地方，充分領略了一下這第一個社會主義國家。
1950年1月10日，周恩來離開北京赴莫斯科。1月23日，毛澤東、周恩來同斯大林舉行會談，這也是毛澤東到莫斯科後第三次與斯大林會談。
在這次會談中，斯大林的態度來了個180度的大轉變。他首先提出，儘管他們曾經認為還是保留好，但必須對涉及中蘇關係的現有的條約和協定進行修改。斯大林說，修改的原因在於舊約的基礎是反對日本的戰爭，既然戰爭已經結束，日本已投降，形勢發生了變化，與國民黨簽訂的條約就成為過時的東西了。
同時，斯大林對舊約中的一些不平等條款，也不再迴避，指出要廢除或修改。其坦率的舉動，實在出乎毛澤東的意料。斯大林有了這樣的態度，會談進展得非常順利。毛澤東在給國內劉少奇的通報中說「工作是頗為順利的」。為了使新的條約區別舊約，中方提議可在原來基礎上加上「互助」二字，蘇方也接受了，《中蘇友好同盟互助條約》最終達成。
1950年2月14日，《中蘇友好同盟互助條約》簽字儀式在克里姆林宮隆重舉行。當晚，按照毛澤東的意見，中國駐蘇聯大使王稼祥以大使夫婦的名義在大使館舉行答謝宴會。斯大林是從不到克里姆林宮以外出席宴會的，但出於對毛澤東等中國貴賓的尊重，他破例率蘇共中央政治局成員出席這次盛宴。當斯大林步入宴會廳，與毛澤東和周恩來擁抱時，整個大廳頓時響起了熱烈的掌聲和歡呼聲。
2月16日，斯大林在克里姆林宮舉行宴會，為毛澤東餞行。2月17日，毛澤東登上回國的專列，結束了這次蘇聯之行。
對於簽訂《中蘇友好同盟互助條約》的重大意義，毛澤東在1951年10月23日召開的政協第一屆全國委員會第三次會議上說：條約定下來比不定好。定下來，就有了靠，可以放手做別的事。現在把兩國的友誼在條約上固定下來，我們可以放手搞經濟建設。外交上也有利。「我們是新起的國家，困難多，萬一有事，有個幫手，這樣可以減少戰爭的可能性。」
與蘇聯締結了新的互助條約，毛澤東完成了一項重大的任務，這是他政治生涯中少有的經歷。通過直接接觸，毛澤東對斯大林有了新認識。後來，在談到這段歷史時，毛澤東說：「斯大林這個人，看情形他是可以變的。簽訂中蘇條約，我們在那裏呆了幾個星期。他開頭很不贊成，到後頭我們堅持兩次，最後他贊成了。可見一個人有缺點的時候，就是斯大林這樣的人，他也不是不可以變的。」
