雙方第一次會面僅有葉公超在場翻譯。為避免杜勒斯此行有礙蔣介石的面子，「國府」刻意把杜勒斯來訪塑造成美方對台灣當局的支持，隱瞞美國迫使蔣介石配合的不光采；葉公超並多次代蔣介石傳話，要求杜勒斯起碼在來訪後的兩周內不要公開談裁減部隊數量等問題。
杜勒斯在會晤中先提醒，美方擔心金門與對岸過於靠近，任一方蓄意挑釁，將釀成世界大戰，以致艾森豪威爾的密友幾乎都不贊成美國協防外島。他開門見山地以台灣當局在聯合國等國際地位為由，提醒保留外島如造成有礙和平因素，對台灣當局並無助益，希望蔣介石就外島問題作一和平意願表示，釐清外界疑慮。
蔣介石則強調他並無意借此挑起世界大戰或把美國拖下水，甚至就是因為擔心轟炸機場或炮兵陣地會引發國際疑慮，所以嚴飭所屬暫不得採取任何報復行動。反倒是美國對他「根本缺乏信任」，多方牽制。他也指出，如果坐視大陸方面談談打打而沒有行動，可能將拖垮台灣士氣。
隔天上午雙方改在「總統府」進行第二輪會談，「副總統」陳誠、「總統府秘書長」張群、「外交部長」黃少谷、「國防部長」俞大維均與會。但杜勒斯劈頭丟出一份令人尷尬的書面聲明，指責蔣介石黷武好戰，同時無意停止內戰的挑釁做法很容易引發世界大戰，他並要求蔣介石為防止被消滅，就應該表明不主動用武力打回大陸，避免突襲等挑釁行動，同時推動金馬裁軍，並放棄外島作為內戰或反攻跳板等構想。他甚至提醒，如外界質疑蔣介石有意引發大戰，極可能若干國家將撤銷對「中華民國」的承認，轉而承認中共政權。
◆金門炮戰期間，蔣經國（右二背對者）來到金門巡視，展現身先士卒的政治姿態作為蔣介石最放心的駐守，蔣經國在「金門炮戰」前後奉命視察金門達123 次之多。這裡遍佈他的足跡，蔣經國視察防務、鼓勵士氣，太武山內還建有他簡單的起居室。在金門人的心中，蔣經國塑造了受敬重的形象，1989 年，蔣經國逝世次年，金門修建了他的紀念館。遺憾的是，蔣經國去世前，雖解除了台灣本島的「戒嚴」，但金門仍是軍事管制區。（上圖）
蔣介石第一時間僅表示保留意見，同時表示，「不會在任何情況下犧牲革命之原則」，但黃少谷會後則立刻向美「駐台大使」莊萊德抗議，認為杜勒斯此舉形同要蔣介石接受「兩個中國」，讓兩岸分離現狀永久化，勢必動搖國本。
◆蔣經國乘小舟到馬祖閩江口巡視防務
抵台之後的蔣介石，對「反攻大陸」念念不忘，從未停止過規劃派遣部隊協助作戰。自1955 年起，蔣介石展開更具體的反攻計劃，初期鎖定福建與廣東登陸作戰，研究以金馬為陣地，於廈門與福州兩地登陸進行自主反攻。蔣經國替父多次往返於台灣與馬祖之間巡視。（下圖）
認為美國要他向中共「投降」的蔣介石要葉公超轉告杜勒斯，美國認為自己手上握有一張可以遺棄「中華民國」的王牌，但他寧可放棄聯合國的席位，也要保留大陸同胞對他的信心。
晚間蔣、杜在官邸開始第三輪會談，雙方即撕破臉。杜勒斯聽到蔣介石提及主動攻擊大陸方面炮陣地的構想，直言正如大陸方面炮火並未對金門陣地造成毀滅性破壞，美國軍方也無人相信蔣介石能用傳統武力消滅大陸方面炮火，他反問，蔣介石是否要美國發動核子戰爭？
被杜勒斯搶白的蔣介石，轉而提議美國可考慮提供小規模、威力較低的戰術性核子武器，但杜勒斯立即強調，沒有蔣介石期待威力低於廣島爆炸而又能在金門使用的核武器，任何戰術性武器勢必殺傷百萬人。杜勒斯甚至說，此舉除人員大量死亡、原子塵擴散，如同廣島長崎事件重演，也將導致蘇聯以原子彈報復，到時台灣地區也全毀了。〔其實早在1954年台海發生一江山、大陳島攻防戰時，美方內部即初步觸及是否使用原子彈對付中國問題，但意見不一，蔣介石聽到美國軍方有意出使用原子武器的想法，仍提醒此舉大不利民心，非到萬不得已，絕不能使用。杜勒斯來台，核武器成為會談議題之一。〕
蔣介石隨即改口，正如他首度與杜勒斯會談強調，「國府」無意引發世界大戰，所以動用核武器如將掀起世界大戰，他不希望使用，但希望美方擬訂防禦外島的長期計劃，或授權台灣空軍轟炸大陸方面交通與補給線。
雙方針鋒相對延伸到最後一天上午11點「聯合公報」內容商議上，地點還是在官邸一樓會客廳舉行，蔣介石邀杜勒斯赴二樓書房做最後敲定，在場僅有宋美齡，並由葉公超翻譯。會談中，重申沒有意願對中國人民動用核武器的蔣介石，雖辯稱金馬不保，台灣地區也將失守，杜勒斯卻說了重話，批評蔣介石是把台灣命運維繫在金馬這些蕞爾小島上。
強大壓力下，美國迫使蔣介石同意在縮減金馬駐軍上讓步，同時承諾對大陸行動由軍事性質轉變為強調政治，美方則以供台武器性能改進作為交換。但由於蔣介石強調炮戰關頭討論減軍會造成不良影響，因此會後簽訂「中美聯合公報」僅重申雙方團結一致，美方也同意基於防衛密切關聯，依條例保衛台澎金馬，並未把金馬裁軍寫入「公報」。
只是「公報」第六條內容卻意外引發新爭議。首先，條文強調「美國政府承認『中華民國』是『自由中國』的真正代言人」，似暗示「中華民國」只是「自由中國」，也就是台灣地區代言人，而非全中國代言人。此其一。〔英文版條文中，所謂「自由中國」的代言人，用的是「FreeChina」，似有專門指涉「中華民國」的意涵，國民黨認為暗示「中華民國」已不代表全中國，凸顯有「兩個中國」，因此緊急和美國磋商，把條文改成小寫的「freeChina」，凸顯代表的是「自由的中國」，才降低了爭議。〕
其次，更關鍵的問題在於原本杜勒斯帶來的「聯合公報」，第六條強調「『中華民國』本身將永不為重建中國大陸上之權力而發動戰爭」。但蔣介石審閱後覺得不妥，因此把第六條全數刪去並要求改寫，共識條文改為，「『中華民國政府』認為恢復大陸人民自由乃其神聖使命，並相信此一使命之基礎，建立在中國人民之人心，而達成此一使命之主要途徑，為實現孫中山先生之三民主義，而非憑借武力」。
◆蔣介石、蔣經國父子參觀美國「勇往」號航空母艦。美國第七艦隊在台灣海峽出現，攪動兩岸對峙，也成為蔣氏父子內心重要的心理保證。故蔣氏父子對此極為重視。但他們沒有料到，第七艦隊的出現，使他們與祖國大陸越來越遠。
由於此條似暗示蔣介石已同意放棄武力反攻，與國民黨基本國策差異太大，沈劍虹等人見到「聯合公報」後，通過黃少谷緊急遞字條到二樓書房，要求葉公超反映，此句似暗示蔣介石同意放棄武力條款，「光復大陸」決心已變，影響甚大，宜審慎為之。
但蔣介石與宋美齡當場對「聯合聲明」未有任何改動。不過蔣介石事後緊急召見葉公超，解釋「聯合公報」強調「光復大陸的政治基礎」別具重要性，但非承諾放棄武力，更未提及任何放棄武力「反攻大陸」的說法，希望他對外澄清。但事態發展明顯，美方系通過公報同意協防台灣地區，但反對蔣介石以登陸、空襲等方式反攻，或武力封鎖福、廈，美方甚至提醒葉公超，他的對外澄清不可被解釋為否定「聯合公報」。
自此兩岸關係進入全新階段。10月25日，中共發佈毛澤東以國防部長彭德懷名義撰寫的《再告台灣同胞書》，並宣佈「雙日停火」，以利國民黨長期固守；也就是在兩岸都有維護中國既有領土主權完整前提下，將原先逐步攻佔沿海島嶼，繼而解放台灣的戰略，修改為台澎金馬問題須一纜子解決的新方針。
◆蔣經國與黃傑巡視金門（攝於1960 年初）
黃傑自1958 年起任「警備總司令」，蔣經國任「行政院政務委員」，主持「退委會」。照片中的蔣經國身著軍裝，黃傑則穿著西裝，兩人乘著當地特有的交通工具，把金門的各處都看了一遍。私交甚篤的二人在金門巡查期間做了很多功課，博得民眾青睞。
至於「國府」金馬駐軍也在美方要求下逐步減少，蔣介石隨後並在「光復大陸設計委員會」上承諾，「反攻大陸轉由主義為主，武力為從」，暫時化解了美方的疑慮。相對地，中國的主動出擊也讓中蘇間裂縫持續擴大，影響國際情勢甚巨。此後台海危機便在打打停停情況下，逐漸冷卻，兩岸也私下陸續展開尋求和平解決爭端的嘗試。