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8月12日的談判是在莫洛托夫和宋子文之間進行的，雙方就大連、旅順和中東路問題進行了會談。莫洛托夫堅持要把旅順和大連的行政管理權劃歸蘇聯，並且主張蘇方在旅順口軍事委員會中占居優勢，而且由蘇聯人擔任主席。莫洛托夫還堅持將大連港所有建築物和設備劃歸蘇聯，大連港主任由蘇聯人擔任。
宋子文認為，關於大連和旅順的管理問題，蘇方只能充當顧問和享有諮詢權。旅順口軍事委員會的組成應該是中蘇對等，由中國人擔任主席。他還表示，大連港的建築和設備應歸中國，但可以將其中的一部分租賃給蘇聯。
莫洛托夫提出，中東鐵路和南滿鐵路的理事長必須由蘇聯人擔任，其代表可以是中國人。他還堅持要求，蘇聯至大連、旅順之間運輸蘇聯物資不應納稅，也不受海關檢查。
宋子文表示，這兩條鐵路中的一條可以由蘇聯人擔任理事長，而另一條鐵路則由中國人擔任理事長，蘇聯人擔任副理事長。宋子文同意蘇聯沿中長鐵路運輸物資可以不受海關檢查，但必須納稅。他還提出，大連港主任應當由中國人擔任。
在8月13日至14日的談判中，宋子文宣布，蔣介石同意承認外蒙古"在現有的邊界內"獨立。這樣，中蘇談判的最大障礙被清除了。
關於中長鐵路問題，中方接受了史達林提出的妥協方案，即理事會按照對等的原則組建，中國人擔任的理事長擁有兩票表決權，但鐵路局長由蘇聯人擔任。在大連港資產問題上，雙方同意，大連港歸中國，部分實施無償租給蘇聯，但不得租給第三國。在大連港的主管問題上，雙方也達成妥協意見：港口主任由大連市市長徵得中東鐵路和南滿鐵路局長同意後任命蘇聯公民擔任，副主任由中國人擔任。至於旅順軍事管理問題，雙方均表示，蘇方在軍事委員會中占多數，主席也由蘇聯人擔任，但民事管理權屬於中國。
據當事人回憶，中國代表團的談判策略並"不高明"。當中方的一項協議被蘇方拒絕後，"中方代表就嚇得不敢再提了"。宋子文從重慶帶來一張標明外蒙古邊界的地圖，但史達林說那張地圖是日本人偽造的。宋子文、王世傑卻"不敢請史達林拿出一份真地圖來"。每當出現這種緊張氣氛時，通常由史達林或莫洛托夫出面講幾句話才得以打破。可以而知，在這種情況下很難簽訂一項完全有利於中國的條約。
8月14日，中蘇雙方終於簽訂了《中蘇友好同盟條約》。同時簽訂的還有《中蘇關於中國長春鐵路之協定》、《中蘇關於大連之協定》、《中蘇關於旅順口之協定》、《關於中蘇此次共同對日作戰蘇聯軍隊進入東三省後蘇聯軍總司令與中國行政當局關係之協定》等四個附件。
根據《中蘇友好同盟條約》的規定，蘇聯明確表示給予中國以道義上與軍需品及其他物資援助，而此項援助完全供給中國國民黨政府。同時，蘇方認為東北三省屬於中國一部分，對中國在東三省的主權表示"尊重"，並且承認東三省領土和行政的完整。
關於中長鐵路問題，雙方最後商定由中蘇"共同所有，並共同經營"。雙方同意成立中長鐵路公司，由中國人擔任理事長，蘇聯人擔任副理事長。但中長鐵路局局長一職由蘇聯人出任。
不可否認，蘇聯從中長鐵路撈取了不少特權。協定規定，蘇聯政府有權在鐵路上用加封的車輛運輸過境軍需品，且不受海關檢查。由蘇聯至大連、旅順往返的貨物，免徵中國關稅。
大連的行政主權歸中國，但應蘇方要求，中方同意將所有港口工事及設備的一半無償地租給蘇聯，租期為30年。另指定碼頭及倉庫租給蘇聯。
據當事人說，蘇聯在草擬條約的最後時刻大耍"兩面派手法"。中長鐵路協定註明30年期滿後"無償"歸還中國，但"這兩個字在俄文本中沒寫上"。原來商定經大連出口的蘇聯貨物和經大連港進口的外國貨物均應免稅，俄文本卻改為"運到大連供當地消費的貨物免予徵稅"。而經大連運往其他市場的貨物仍須納稅，這就增加了大連蘇聯當局的財政收入。
根據《中蘇關於旅順口之協定》，蘇聯取得了在旅順駐紮陸、海、空軍的權利。而且，蘇聯在軍事委員會中占居多數。就連旅順市主要民事行政人員的任免，中方還要徵得蘇聯軍事指揮機關的同意。
條約簽訂之後，蔣介石承認，國民黨政府在下列涉及國家權益問題上，"不得不作出重大讓步"：（1）承認外蒙的獨立自治；（2）東北長春鐵路的共同經營；（3）宣布大連為自由港，對於長春鐵路直運蘇俄及由蘇俄直運出口之貨物，免除關稅；（4）旅順口由兩國共同使用為海軍基地。
儘管如此，蔣介石"總體上對條約是滿意的"。他還坦言，條約的簽訂表明蘇聯準備幫助他統一中國的武裝力量，支持國民黨建立政府。
當然，史達林對條約感到更加滿意。蘇聯以最小的代價換來了在法律上承認外蒙古的獨立，以及恢復了沙皇在中國東北的大部分特權，從而大大改善了蘇聯在遠東和太平洋地區的戰略地位。史達林曾洋洋得意地說："旅順口是我們的，大連是我們的"，而且"中長鐵路是我們的"，中國、蒙古，"一切都已正常"。
宋子文認為，關於大連和旅順的管理問題，蘇方只能充當顧問和享有諮詢權。旅順口軍事委員會的組成應該是中蘇對等，由中國人擔任主席。他還表示，大連港的建築和設備應歸中國，但可以將其中的一部分租賃給蘇聯。
莫洛托夫提出，中東鐵路和南滿鐵路的理事長必須由蘇聯人擔任，其代表可以是中國人。他還堅持要求，蘇聯至大連、旅順之間運輸蘇聯物資不應納稅，也不受海關檢查。
宋子文表示，這兩條鐵路中的一條可以由蘇聯人擔任理事長，而另一條鐵路則由中國人擔任理事長，蘇聯人擔任副理事長。宋子文同意蘇聯沿中長鐵路運輸物資可以不受海關檢查，但必須納稅。他還提出，大連港主任應當由中國人擔任。
在8月13日至14日的談判中，宋子文宣布，蔣介石同意承認外蒙古"在現有的邊界內"獨立。這樣，中蘇談判的最大障礙被清除了。
關於中長鐵路問題，中方接受了史達林提出的妥協方案，即理事會按照對等的原則組建，中國人擔任的理事長擁有兩票表決權，但鐵路局長由蘇聯人擔任。在大連港資產問題上，雙方同意，大連港歸中國，部分實施無償租給蘇聯，但不得租給第三國。在大連港的主管問題上，雙方也達成妥協意見：港口主任由大連市市長徵得中東鐵路和南滿鐵路局長同意後任命蘇聯公民擔任，副主任由中國人擔任。至於旅順軍事管理問題，雙方均表示，蘇方在軍事委員會中占多數，主席也由蘇聯人擔任，但民事管理權屬於中國。
據當事人回憶，中國代表團的談判策略並"不高明"。當中方的一項協議被蘇方拒絕後，"中方代表就嚇得不敢再提了"。宋子文從重慶帶來一張標明外蒙古邊界的地圖，但史達林說那張地圖是日本人偽造的。宋子文、王世傑卻"不敢請史達林拿出一份真地圖來"。每當出現這種緊張氣氛時，通常由史達林或莫洛托夫出面講幾句話才得以打破。可以而知，在這種情況下很難簽訂一項完全有利於中國的條約。
8月14日，中蘇雙方終於簽訂了《中蘇友好同盟條約》。同時簽訂的還有《中蘇關於中國長春鐵路之協定》、《中蘇關於大連之協定》、《中蘇關於旅順口之協定》、《關於中蘇此次共同對日作戰蘇聯軍隊進入東三省後蘇聯軍總司令與中國行政當局關係之協定》等四個附件。
根據《中蘇友好同盟條約》的規定，蘇聯明確表示給予中國以道義上與軍需品及其他物資援助，而此項援助完全供給中國國民黨政府。同時，蘇方認為東北三省屬於中國一部分，對中國在東三省的主權表示"尊重"，並且承認東三省領土和行政的完整。
關於中長鐵路問題，雙方最後商定由中蘇"共同所有，並共同經營"。雙方同意成立中長鐵路公司，由中國人擔任理事長，蘇聯人擔任副理事長。但中長鐵路局局長一職由蘇聯人出任。
不可否認，蘇聯從中長鐵路撈取了不少特權。協定規定，蘇聯政府有權在鐵路上用加封的車輛運輸過境軍需品，且不受海關檢查。由蘇聯至大連、旅順往返的貨物，免徵中國關稅。
大連的行政主權歸中國，但應蘇方要求，中方同意將所有港口工事及設備的一半無償地租給蘇聯，租期為30年。另指定碼頭及倉庫租給蘇聯。
據當事人說，蘇聯在草擬條約的最後時刻大耍"兩面派手法"。中長鐵路協定註明30年期滿後"無償"歸還中國，但"這兩個字在俄文本中沒寫上"。原來商定經大連出口的蘇聯貨物和經大連港進口的外國貨物均應免稅，俄文本卻改為"運到大連供當地消費的貨物免予徵稅"。而經大連運往其他市場的貨物仍須納稅，這就增加了大連蘇聯當局的財政收入。
根據《中蘇關於旅順口之協定》，蘇聯取得了在旅順駐紮陸、海、空軍的權利。而且，蘇聯在軍事委員會中占居多數。就連旅順市主要民事行政人員的任免，中方還要徵得蘇聯軍事指揮機關的同意。
條約簽訂之後，蔣介石承認，國民黨政府在下列涉及國家權益問題上，"不得不作出重大讓步"：（1）承認外蒙的獨立自治；（2）東北長春鐵路的共同經營；（3）宣布大連為自由港，對於長春鐵路直運蘇俄及由蘇俄直運出口之貨物，免除關稅；（4）旅順口由兩國共同使用為海軍基地。
儘管如此，蔣介石"總體上對條約是滿意的"。他還坦言，條約的簽訂表明蘇聯準備幫助他統一中國的武裝力量，支持國民黨建立政府。
當然，史達林對條約感到更加滿意。蘇聯以最小的代價換來了在法律上承認外蒙古的獨立，以及恢復了沙皇在中國東北的大部分特權，從而大大改善了蘇聯在遠東和太平洋地區的戰略地位。史達林曾洋洋得意地說："旅順口是我們的，大連是我們的"，而且"中長鐵路是我們的"，中國、蒙古，"一切都已正常"。