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遵照蔣介石的指示，宋子文在會談中不準備著重討論外蒙古問題。他說，中國政府目前可以不向蘇聯提請商議外蒙古問題，希望史達林亦不提這個難題。因為中國任何一個政府如果喪失土地完整，必為國人不諒。宋子文認為史達林沒有理解中國政府關於外蒙古問題的立場。中國政府無論如何也不能放棄外蒙古，因為這樣做將會使西藏問題複雜化。如果割讓外蒙古，中國人民對政府將失去信仰。
關於旅順問題，史達林出於"顧念中國政府地位"的考慮，同意不用租借方式，由中蘇共管使用，期限為45年。他表示，中東鐵路和南滿鐵路只限於幹線，平時不運送軍隊。史達林還提出，鐵路也由中蘇共管，利益均享，期限為45年。
雙方還討論了國共兩黨問題。宋子文強調，國民黨政府願在軍權、政權統一之下，容許共產黨參加政府，但領導權屬於國民黨，而且不能有聯合政府。史達林表示同意，他說，以國民黨的歷史關係，應該居於領導地位，但是，如果國民黨政府不容納中國共產黨，將難以克服其困難。史達林聲明，這是為中國利益著想，並非有意袒護任何黨派。
當天的會談持續了三個半小時，從宋子文給蔣介石的電報來看，雙方在東北三省問題上"比較滿意"，但"外蒙問題則成僵局"。
由於宋子文的強硬態度，經過激烈的爭論之後，史達林未能迫使中方接受他的要求。事後，宋子文告訴哈里曼，中國人民雖然知道中國目前不能對外蒙古行使主權，但是，如果某個政府放棄中國在這個區域的權利，人民是不會擁護它的。事後，宋子文訊問哈里曼，羅斯福過去對這個問題的解釋如何，他請哈里曼立即致電華盛頓詢問美國政府的實際看法。
可是，美國的回答使宋子文有些失望。7月4日，杜魯門通過國務卿貝爾納斯電告哈里曼，美國在目前莫斯科的討論中不願對雅爾達協定中的任何一點充任解釋者。但哈里曼可以"非正式地"向宋子文說明他的了解：就美國方面來說，雅爾達協定中關於外蒙古地位所用字句的解釋，沒有任何討論。既無討論，那麼按照大家對這些寫下了的字句公認的意思，就是外蒙古目前事實上和法律上的地位應當保持下去。
由此可見，美國在這個問題顯得小心翼翼，不願意刺激莫斯科，所以它的解釋實際上偏向於蘇聯。杜魯門在致哈里曼的電報中還說：只限你一個人知道："我們對現狀的了解是，雖然在法律上外蒙古的主權至今屬於中國，但事實上這個主權未被行使。美國政府，按照1922年的九國公約，一向謹慎地沒有絲毫表示，它認為中國邊遠的屬地，如外蒙古，與中國其他部分具有不同的地位。"
第一次談判陷入僵局之後，蔣經國以私人名義拜訪了史達林。會見時，史達林開門見山地問道：中國為什麼堅持不讓外蒙古獨立？
蔣經國解釋說，中國抗戰七年，就是為了要把失去的土地收復回來，今天日本還沒趕走，東北、台灣還沒有收回，一切失地，都在敵人手裡，反而把這麼大的一塊土地割讓出去，那豈不失去了抗戰的本意？中國國民一定不會原諒我們，會說我們"出賣了國土"。在這種情況下，國民一定會起來反對政府，那我們就無法支持抗戰。所以，"我們不能同意外蒙古歸併俄國"。
史達林很不客氣地說，你要知道，"今天並不是我要你來幫忙，而是你要我來幫忙；倘使你本國有力量，自己可以打日本，我自然不會提出要求。"
蔣經國反問道："你為什麼一定要堅持外蒙古'獨立'？外蒙古地方雖大，但人口很少，交通不便，也沒有什麼出產。"
史達林直言不諱地說："老實告訴你，我之所以要外蒙古，完全是站在軍事的戰略觀點而要這塊地方的。"假如有一支軍事力量，從外蒙古進攻蘇聯，西伯利亞鐵路被切斷，蘇聯就完了。
對於史達林的擔憂，蔣經國信誓旦旦地保證：你用不著再在軍事上有所憂慮，蘇聯如果參加對日戰爭，日本打敗之後，它就不會東山再起了，也就沒有力量占領外蒙古，並以此作為侵略蘇聯的基地。你擔心從外蒙古進攻蘇聯的軍事力量，除了日本外，只有一個中國。但中國同蘇聯簽訂了"友好條約"，"你說二十五年，我們再加五年，則三十年內，中國也不會打你們；即使中國要想攻擊你們，也還沒有這個力量，你是很明白的。"
史達林並不贊同蔣經國的解釋，他說，雖然日本打敗後，不會重新占領外蒙古並進攻蘇聯，一時可能如此，但非永久如此。如果日本打敗了，日本這個民族還會起來。他甚至稱，條約是靠不住的。中國現在可能沒有力量侵略蘇聯，但是，只要中國能夠統一，就會比任何國家的進步都要快。
會談中，史達林堅持"非要把外蒙古拿過來不可"。他還為此辯解說，日本和中國沒有力量占領外蒙古，但不能說就沒有"第三個力量"這樣做。而這個所謂第三個力量，實際上就是指美國。
7月5日，蔣介石看過宋子文的電報後得知史達林堅持要求外蒙古獨立，否則達不成協議。經再三考慮，蔣介石意識到蘇聯對外蒙古的要求"志在必得"，決不是以任何高度自治或准其駐兵的方式能夠滿足其欲望的。如果不答應史達林的要求，那麼"東北與新疆各種行政之完整無從交涉"，共產黨問題"更難解決"。況且，外蒙古"事實上已為俄占有"。如果只為虛名，而受其實禍，"決非謀國之道"。在權衡利弊之後，蔣介石決心"忍痛犧牲"，同意外蒙古戰後"投票解決其獨立問題"，以作為同史達林協商解決東北、新疆與中共問題的交換條件。
關於旅順問題，史達林出於"顧念中國政府地位"的考慮，同意不用租借方式，由中蘇共管使用，期限為45年。他表示，中東鐵路和南滿鐵路只限於幹線，平時不運送軍隊。史達林還提出，鐵路也由中蘇共管，利益均享，期限為45年。
雙方還討論了國共兩黨問題。宋子文強調，國民黨政府願在軍權、政權統一之下，容許共產黨參加政府，但領導權屬於國民黨，而且不能有聯合政府。史達林表示同意，他說，以國民黨的歷史關係，應該居於領導地位，但是，如果國民黨政府不容納中國共產黨，將難以克服其困難。史達林聲明，這是為中國利益著想，並非有意袒護任何黨派。
當天的會談持續了三個半小時，從宋子文給蔣介石的電報來看，雙方在東北三省問題上"比較滿意"，但"外蒙問題則成僵局"。
由於宋子文的強硬態度，經過激烈的爭論之後，史達林未能迫使中方接受他的要求。事後，宋子文告訴哈里曼，中國人民雖然知道中國目前不能對外蒙古行使主權，但是，如果某個政府放棄中國在這個區域的權利，人民是不會擁護它的。事後，宋子文訊問哈里曼，羅斯福過去對這個問題的解釋如何，他請哈里曼立即致電華盛頓詢問美國政府的實際看法。
可是，美國的回答使宋子文有些失望。7月4日，杜魯門通過國務卿貝爾納斯電告哈里曼，美國在目前莫斯科的討論中不願對雅爾達協定中的任何一點充任解釋者。但哈里曼可以"非正式地"向宋子文說明他的了解：就美國方面來說，雅爾達協定中關於外蒙古地位所用字句的解釋，沒有任何討論。既無討論，那麼按照大家對這些寫下了的字句公認的意思，就是外蒙古目前事實上和法律上的地位應當保持下去。
由此可見，美國在這個問題顯得小心翼翼，不願意刺激莫斯科，所以它的解釋實際上偏向於蘇聯。杜魯門在致哈里曼的電報中還說：只限你一個人知道："我們對現狀的了解是，雖然在法律上外蒙古的主權至今屬於中國，但事實上這個主權未被行使。美國政府，按照1922年的九國公約，一向謹慎地沒有絲毫表示，它認為中國邊遠的屬地，如外蒙古，與中國其他部分具有不同的地位。"
第一次談判陷入僵局之後，蔣經國以私人名義拜訪了史達林。會見時，史達林開門見山地問道：中國為什麼堅持不讓外蒙古獨立？
蔣經國解釋說，中國抗戰七年，就是為了要把失去的土地收復回來，今天日本還沒趕走，東北、台灣還沒有收回，一切失地，都在敵人手裡，反而把這麼大的一塊土地割讓出去，那豈不失去了抗戰的本意？中國國民一定不會原諒我們，會說我們"出賣了國土"。在這種情況下，國民一定會起來反對政府，那我們就無法支持抗戰。所以，"我們不能同意外蒙古歸併俄國"。
史達林很不客氣地說，你要知道，"今天並不是我要你來幫忙，而是你要我來幫忙；倘使你本國有力量，自己可以打日本，我自然不會提出要求。"
蔣經國反問道："你為什麼一定要堅持外蒙古'獨立'？外蒙古地方雖大，但人口很少，交通不便，也沒有什麼出產。"
史達林直言不諱地說："老實告訴你，我之所以要外蒙古，完全是站在軍事的戰略觀點而要這塊地方的。"假如有一支軍事力量，從外蒙古進攻蘇聯，西伯利亞鐵路被切斷，蘇聯就完了。
對於史達林的擔憂，蔣經國信誓旦旦地保證：你用不著再在軍事上有所憂慮，蘇聯如果參加對日戰爭，日本打敗之後，它就不會東山再起了，也就沒有力量占領外蒙古，並以此作為侵略蘇聯的基地。你擔心從外蒙古進攻蘇聯的軍事力量，除了日本外，只有一個中國。但中國同蘇聯簽訂了"友好條約"，"你說二十五年，我們再加五年，則三十年內，中國也不會打你們；即使中國要想攻擊你們，也還沒有這個力量，你是很明白的。"
史達林並不贊同蔣經國的解釋，他說，雖然日本打敗後，不會重新占領外蒙古並進攻蘇聯，一時可能如此，但非永久如此。如果日本打敗了，日本這個民族還會起來。他甚至稱，條約是靠不住的。中國現在可能沒有力量侵略蘇聯，但是，只要中國能夠統一，就會比任何國家的進步都要快。
會談中，史達林堅持"非要把外蒙古拿過來不可"。他還為此辯解說，日本和中國沒有力量占領外蒙古，但不能說就沒有"第三個力量"這樣做。而這個所謂第三個力量，實際上就是指美國。
7月5日，蔣介石看過宋子文的電報後得知史達林堅持要求外蒙古獨立，否則達不成協議。經再三考慮，蔣介石意識到蘇聯對外蒙古的要求"志在必得"，決不是以任何高度自治或准其駐兵的方式能夠滿足其欲望的。如果不答應史達林的要求，那麼"東北與新疆各種行政之完整無從交涉"，共產黨問題"更難解決"。況且，外蒙古"事實上已為俄占有"。如果只為虛名，而受其實禍，"決非謀國之道"。在權衡利弊之後，蔣介石決心"忍痛犧牲"，同意外蒙古戰後"投票解決其獨立問題"，以作為同史達林協商解決東北、新疆與中共問題的交換條件。