10月8日，周恩来同林彪飞抵莫斯科。次日，在布尔加宁的陪同下赶往黑海附近斯大林的疗养所。午后，双方开始谈判。

　　据师哲回忆，在斯大林介绍完朝鲜前线的情况后，周恩来说，中国考虑和研究了国内的实际情况，认为以不出兵为宜。因为中国经历长期战争，连年遭受到极其严重的破坏，许多有关国计民生的问题没有解决。如果现在卷入战争，不仅人民的困苦生活无法改善，而且国家的经济恢复工作也无从谈起。在这种情况下，还要担负战争消耗的重担，实在困难。况且军队的武器装备和接济，也是困难重重。战争不是儿戏，一旦陷入进去，多年脱不了身，如何收场？何况，如果这场战争僵持不下，还可能牵涉到各兄弟国家。因此，还是不出兵较好。

　　斯大林说，美军已经越过三八线，进攻朝鲜北部地区。金日成如果没有后援，最多能维持一个星期。在此情况下，与其进行无望的抵抗，不如早点主动撤退，以保持现有的力量，或许还有东山再起的希望。无论是北朝鲜人自己撤退，还是被敌人消灭，都意味着让敌人将占领整个朝鲜，美军和李承晚陈兵鸭绿江、图们江。到那时，中国的东北恐怕就不会有安宁的日子了，东北的经济恢复工作也就谈不上了。美国人从空中、陆地、海上随时都可以入侵中国。斯大林甚至要求将北朝鲜的主要力量、武器、物资和部分工作人员、干部撤到中国东北境内，而将老弱病残者、伤员大部分撤到苏联。他解释说，把北朝鲜的有生力量撤到中国东北，便于日后重新进入朝鲜。因为从中国东北进入朝鲜要比苏联容易得多。他还认为，关于撤退计划最好马上就电告金日成，不要拖延。

　　斯大林这样做自然有他的想法。让北朝鲜的主要力量撤到中国，即使将来回不去，那也只是留在中国境内，跟苏联无关。相反，收留老弱病残者就不存在这样的问题了。

　　斯大林声称，苏联也曾想过如何帮助朝鲜同志，可惜我们的军队已全部撤出朝鲜了，如果我们再回到朝鲜就有困难了，因为这等于苏联同美国直接交战。所以，我们的设想是，中国出动一定数量的兵力，苏联供应武器装备。在作战时，苏联再出动一定数量的空军作掩护。但是，斯大林声明，苏联的空军掩护，只限于在后方和前沿活动，不能进入敌后，以免被敌人击落、俘获，这会对苏联造成很不好的影响。

　　关于这次会谈，20年后，毛泽东、周恩来在同金日成谈话时有一段回忆。

　　毛泽东说：“在那个时候，因为中国动动摇摇，斯大林也就泄了气了，说：算了吧！后头不是总理去了吗？是带着不出兵的意见去的吧？”

　　周恩来：“两种意见，要他选择。我们出兵就要他的空军支持我们。”

　　毛泽东：“我们只要他们空军帮忙，但他们不干。”

　　周恩来：“开始的时候，莫洛托夫赞成了，以后斯大林又给他打电话说，不能用空军支援，空军只能到鸭绿江边。”

　　看来，斯大林虽然同意提供空中支援，但前提是，飞机不能过鸭绿江，这一点从师哲、周恩来的回忆中得到了证实。

　　但是，在周恩来赴苏的当天，即10月8日，毛泽东还是下令组建了志愿军。他在给彭德怀、高岗等人的电报中称：为了援助朝鲜人民解放战争，反对美帝国主义及其走狗们，借以保卫朝鲜人民、中国人民及东方各国人民的利益，将东北边防军改为中国人民志愿军，“迅即向朝鲜出发，协同人民军向侵略者作战”。同时，毛泽东还任命彭德怀为志愿军司令员兼政委。

　　同一天，毛泽东电告倪志亮，将出兵朝鲜一事转告金日成。当天，彭德怀去了东北。9日，彭德怀和高岗在沈阳主持召开东北边防部队军以上干部会议，传达中共中央关于出兵朝鲜的决策。

　　直到这时，周恩来同斯大林会谈的结果仍不能令人满意。10月11日，斯大林还在坚持苏联空军将推迟出动。当周恩来和斯大林的联名电报送到毛泽东手中时，已是10月12日下午了。接到电报后，毛泽东紧急电令彭德怀、高岗，指示10月9日命令暂不执行，第十三兵团各部仍原地进行训练，不要出动，并要求高岗、彭德怀立即来京商谈。同时，毛泽东又给饶漱石、陈毅发去了内容大致相同的电报，要求宋时轮的九兵团原地整训，而且在“干部及民主人士中亦不要进行新的解释”。

　　10月13日中午，彭德怀、高岗奉命来到北京。下午，中共中央政治局召开会议，对出兵朝鲜一事再次进行讨论。毛泽东说服彭德怀和其他人，苏联空军虽然暂时不能进入朝鲜，但他们已经答应对中国领土实行空中保护，并向中国提供大量军事装备。在毛泽东的坚持下，会议最后决定，在没有苏联空军掩护的情况下，在美军向朝鲜北部地区大举进攻的情况下，无论有多么大的困难，都必须立即出兵援助朝鲜。

　　斯大林得知中共中央决定出兵朝鲜的最后决定后异常兴奋，于14日再次致电金日成：“经过摇摆和作出若干临时性的决定之后，中国同志终于下定出兵援助朝鲜的最后决心。有利于朝鲜的最终决定终于下定了，我为此感到高兴。因此，您知道的关于中苏领导同志会谈情况介绍应予撤销。与中国军队出动有关的具体问题，您需要同中国同志一起来决定。而中国所需要的技术装备将由苏联提供。祝您成功。”

　　然而，苏方许诺的空中掩护，是打了折扣的。由于担心苏联飞行员被美军俘获，暴露出苏联参战的真相，引起美苏直接冲突，苏方不打算配合志愿军在朝鲜地面作战。苏方答应的空中掩护，只是负责掩护志愿军的后方，即使等两个月或两个半月之后，苏联空军也不能飞到朝鲜境内。也就是说，苏联的空军不能越过鸭绿江。

　　斯大林的这个决定显然对中国出兵极为不利。得知这一消息后，毛泽东并没有动摇决心。15日，毛泽东以周恩来的名义起草了一封给倪志亮的电报，让他转告金日成：“即派一位熟悉道路的同志于10月16日到安东接引彭德怀同志和金日成同志会面。”当天，朴宪永奉命来到沈阳，请求中国尽快出兵。10月16日，彭德怀在安东召开志愿军师以上干部大会，宣布了中共中央的决定。

　　10月17日，毛泽东再度电告彭德怀和高岗，要他们于18日返回北京，至于出兵时间，“待周18日回京向中央报告后确定为宜”。

　　10月18日，即在周恩来返回北京的当天，毛泽东主持召开中央会议，在听取周恩来和彭德怀的汇报后，最终确定了志愿军入朝作战的时间。当晚21时，毛泽东电令邓华等13兵团领导同志：“四个军及三个炮师决按预定计划进入朝北作战，自明晚从安东和辑安线开始渡鸭绿江。”

　　19日晚，志愿军渡过鸭绿江。当斯大林得知志愿军出兵的决定后感动得掉下了眼泪，连声说道：“还是中国同志好，还是中国同志好。”此后，斯大林改变了对中国共产党的看法。这一认识的转变，使苏联加大了对中国援助的力度。整个抗美援朝期间，苏联向中国提供了64个陆军师、22个空军师的武器装备。

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