尽管如此，我方仍以极大的耐心，继续努力。12月1日，王炳南提出了一个新的草案。该草案为照顾到美国不愿明确提联合国宪章条款和两国外长会谈的问题，只提“应该通过和平谈判解决它们两国之间的争端而不诉诸威胁或武力”。但美方却毫无诚意，约翰逊只是一味地拖延时间。在这之后的3次会议上，他都拒绝对我方的新草案作任何具体的评论，采取不置可否的态度。直到1956年1月12日，他仍坚持要求中国方面承认美国在台湾地区拥有“单独和集体的自卫的固有权利”。
1956年4月到5月间，美方和中方各提出一项新协议草案，但均未获通过。
时间在一轮又一轮往复进行的会谈中流逝着。由于美国对中美会谈采取“拖而不断”的方针，到1957年12月，各种会谈已进行了73次，各种文本已堆积如山，但会谈仍未取得任何结果。
12月12日，美方以约翰逊调任美国驻泰国大使为由，提出让他的副手埃德·马丁参赞接替约翰逊参加谈判，目的在于使会谈降级。当王炳南将这一情况向周恩来汇报后，周恩来果断地说：“既然美国不愿意谈，我们也可以中止谈判。我们不愿谈判破裂，但我们不怕谈判破裂。美国如果想打仗，我们也可以奉陪。”中美谈判，终因美方设置人为障碍而被迫中断。
中美大使级谈判中断后，美国为了扩大对中国的威胁，继与蒋介石签订《共同防御条约》之后，又于1958年7月积极鼓动蒋介石集团“反攻大陆”，怂恿国民党加强对大陆的骚扰，并从本国和地中海调派了大批军舰、飞机，加强了第7舰队在台湾地区的活动。在美国的支持下，蒋介石集团派出飞机，在大陆各地甚至远至云、贵、西康、青海等省散发传单，空投特务，轰炸福建，骚扰江浙，“反攻大陆”的叫嚣和破坏活动甚嚣尘上。一时间，台湾海峡硝烟弥漫，情势险恶。
为了严惩蒋帮的猖狂活动，打击美国嚣张气焰，我中国人民解放军从1958年8月23日开始对金门、马祖等岛屿进行惩罚性的炮击，至10月25日又宣布单日打炮，双日不打。炮击十分猛烈，突如其来，吓得蒋介石惊慌失措，魂飞魄散，连忙打点行装准备搬家，把他的一个经济部转移到了乡下。美国也一时慌了手脚，艾森豪威尔、杜勒斯以及许多美国高级官员十分惊恐，连夜召开紧急会议，商讨对策，决定从西海岸调兵赴台，还从地中海调了一个舰队到台湾海峡集结。与此同时，美国国务卿杜勒斯于9月3日拜谒艾森豪威尔于新港，发表了一项声明，对大陆提出严重的警告，称“中共对中华民国金马外岛发动疯狂炮战后，威胁着中华民国对该岛的运输补给，有赖美国第7舰队的武装护航”。杜勒斯进一步扬言要把美国在台湾海峡的侵略范围扩大到金、马等中国沿海岛屿，甚至以原子弹相威胁。
福建前线部队炮击金门为了阻止美国的护航，我国乃于“新港声明”发表的同一天宣布：“一、中华人民共和国领海宽度为12海里，此项规定，适用于中华人民共和国所有的领土，包括中国大陆及其沿海及岛屿，也包括台湾及其周围的岛群，如澎湖列岛、东沙群岛、西沙群岛、中沙群岛、南沙群岛及所有属于中国而被公海与大陆分开的各岛屿及其沿海岛屿。二、任何外国军事用途的船只与航空器，非经中华人民共和国政府的允许，不得进入中国领海或飞赴中国领海的上空。”
9月6日，周恩来总理针对美国的行动发表公开声明，指出：“台湾和澎湖列岛自古就是中国的领土，中国一定要解放台湾和澎湖列岛。解放台澎金马是中国的主权，任何外国不得干涉。若美国不顾中国的再三警告，把战争强加于中国人民头上，则美国政府必须承担由此产生的一切严重后果。”在声明的最后，周恩来呼吁，“我们提议中、美两国政府坐下来谈判，限期指派大使，恢复被美国单方面中断了的大使级会谈。”
在摸不清中国底细的情况下，当天，美国政府就表示欢迎周恩来的建议，并同意恢复中美大使级会谈。
中央决定再次派驻华沙大使王炳南出任中美大使级会谈代表。在国际舆论的关注下，美国政府被迫指派美国驻华沙大使雅各布·比姆作为重开谈判的代表，而且不再坚持会谈地点必须在第三国举行。由于王炳南与比姆同驻华沙，会谈地点也从日内瓦转移到了华沙。
1958年9月15日，中美大使级会谈在台湾海峡形势十分紧张的情况下开始了。会谈地点选在华沙市内的海希里维茨基宫。会场布置得既简单又考究。
4张桌子排成一个长方形，双方代表分两边相对而坐，代表团团长坐在中间，两侧分别为各自的顾问和译员。
会谈开始后，王炳南让比姆大使先发言。比姆开门见山地提出：“美国要求中国方面停止对金门、马祖几个岛屿的炮击。美国承认，中美长期以来对台湾及其附近岛屿存在着严重的争议，美国并不要求任何一方在这个阶段放弃自己的意见，美国的目的是消除可能被对方视为战争挑衅的行动，否则，军事行动将可能扩大。”“中美的共同任务是缓和台湾和台湾海峡的紧张局势。”
王炳南针对美方把台湾海峡的紧张局势的责任有意推到中国方面的讲话反驳道：“大使先生无权代表台湾当局讲话，也无权提出停火的建议。台湾及澎湖列岛是中国的领土，解放台湾和澎湖列岛是中国的内政，包括金门和马祖。
中国在收复金门和马祖等岛屿后，将争取用和平的方式解放台湾和澎湖列岛。
中美之间没有打仗，根本不存在‘停火’问题，消除台湾海峡紧张局势的关键在于美国军队撤出这个地区。”
比姆对于我方有理有据的发言，无言以对。
后来，我方又提出了双方共同声明保证不诉诸武力威胁或者武力的建议，被美方无理拒绝。美方在对案中提出要我放弃对金马“使用武力与武力威胁”，而美方将设法使金马“不被使用于对大陆或其他沿海岛屿进行攻击或其他挑衅行动”。这实际上是要在中国大陆和金马之间画一条永久停火线，以便实现其割裂中国领土和制造“两个中国”的阴谋。这一方案理所当然地遭到中方的坚决拒绝。
到9月30日，在第78次会谈时，比姆提出了一个由杜勒斯亲自精心起草的，也是他在中美会谈中最后的“作品”-“中美会谈声明草案”。该“声明草案”再次要求中国政府应停止对金门、马祖的军事活动。同一天，杜勒斯在记者招待会上进一步表示，如果中国愿意在台湾海峡地区“停火”，美国可以劝蒋军撤出金马。其用意仍然是要在台湾海峡画一条永久停火线，所不同的是这次把金马画在这条线以西。美国想以这种“退一步”的办法，使其侵占台澎的行为合法化，以便实现其“两个中国”的阴谋。这不仅是中国政府所不能同意的，就连蒋介石对此也大为不满。
有鉴于此，中国政府及时调整了部署，决定让金马暂时留在台湾当局手中。
10月6日，我国防部《告台湾同胞书》指出，金门战斗属“惩罚性质”。10月13日国防部发布命令，宣告对金门炮击再停两星期，“以利他们固守”，并说明“这是为了对付美国人的”。
但是美国仍不死心，又派杜勒斯和国防部长麦克尔罗伊到台湾亲自动员蒋介石从金马撤军，为蒋所拒绝。这样，美国无论在中美会谈还是美蒋会谈中，都未能使其“两个中国”的阴谋得逞。
中美会谈始终在缺乏信任和压抑的气氛下举行，你谈你的，我谈我的，千篇一律，始终不见起色。
1960年9月6日举行的中美会谈，是第100次会谈。为了使今后的会谈有所进展，也为了让世人了解会谈所以停滞不前的真相，王炳南大使作了一个总结性的发言。这个发言以铁的事实，揭露了美国“假谈真打”的伎俩。根据王炳南在第100次会谈上的发言，《人民日报》于9月8日特发了一篇题为《中美会谈一百次》的社论。进一步揭露了美国在谈判中的毫无诚意和蛮横无理。中国政府的正确立场，赢得了全世界热爱和平的国家和人民的赞扬。
1960年，美国举行大选，肯尼迪取代艾森豪威尔成为总统。
1961年9月上旬，美驻波兰大使比姆奉调回国，出任美国军备和裁军署副署长，由曾任上海总领事的卡伯特出任华沙大使，接替比姆。卡伯特成了与我进行大使级会谈的第三个对手。尽管美国人事更替频繁，但中美大使级会谈仍然在毫无生气地进行着。
1964年，王炳南奉调回国出任外交部副部长，改由王国权大使在华沙与美国大使继续进行时断时续的中美大使级会谈但在中美两国的实质性问题上，依然一直没有结果。
1964年10月16日，我国第一颗原子弹爆炸成功，在世界上引起很大震动。中国政府发表了不首先使用核武器的声明。根据中央的指示，在1964年11月举行的第123次中美会谈中，王国权大使向美方提出了不首先使用核武器的协议声明草案。美方代表毫无思想准备，根本不敢表态。直到1965年2月的第124次会谈时，美方才作出反应，以不能没有监督为借口表示反对，暴露了美国坚持搞核垄断的用心。
1968年11月26日，我外交部新闻司发言人就第135次会谈的会期问题发表讲话时，进一步阐明了中国政府在中美大使级会谈中一贯坚持的两项原则：第一，美国政府保证立即从中国领土台湾省和台湾海峡地区撤出它的一切武装力量，拆除它在台湾省的一切军事设施；第二，美国政府同意中美两国签订关于和平共处五项原则的协定。但是，美国政府一直拒绝就这两项原则同中国政府达成协议。
中美大使级会谈进行了15年，会谈达百余次，除了就中美双方平民回国问题达成一项协议外，在涉及中美关系的一切实质问题上均毫无结果。但这却是中美在当时特定的历史条件下保持联系、进行沟通的唯一正式渠道。每一次重大国际事件发生后，中美两国都可以在大使级会谈中表明自己的观点，提出各自的看法，使一方对对方的态度、做法有所了解，这就是中美大使级会谈维持了15年之久的原因所在。
虽然中美两国15年来一直在延续着外交谈判，但由于美国政府视共产主义为洪水猛兽，对社会主义中国采取敌视政策，因而他们在打“谈判”牌的同时，始终没有放松对中华人民共和国的渗透和颠覆活动。其中，以派U-2飞机对我国不间断进行间谍侦察为甚。这一间谍侦察活动，是因美国惧怕我国研制核武器而引起的。
1945年8月9日和13日，当两团遮天蔽日的蘑菇云在日本的广岛和长崎冉冉升起后，人类战争便进入了核时代，美国也因此而占据了核俱乐部的第一把交椅。手中最先拥有核弹头的美国一开始便想搞核垄断，好在世界上耀武扬威，唯我独尊。可好景不长，苏联不久便打破了美国在核武器上的垄断地位。
无可奈何的美国，又将下一个限制发展核武器的目标对准中国。因为美国深知，这个在1949年崛起的东方大国，一旦拥有原子弹后将对美国的全球霸权战略构成极大的威胁。
面对美国的核威胁，1958年，中国在苏联的帮助下在北京郊外开始建立实验型重水反应堆，之后又相继建立了另外几座反应堆，启动了计划已久的核武器研制。其间，中苏关系破裂，苏联停止向中国提供原子弹样品。中国人只得依靠自己的力量继续研制原子弹。美国情报部门得知中国准备研制原子弹的消息后，朝野一片恐慌。为了遏制中国发展核武器，艾森豪威尔给中央情报局下了死命令：一定要严密监控中国的核计划。于是，一场以U-2飞机为主角的高空间谍战在苏联领空展开角逐的同时，又在中国领空拉开了帷幕。
U-2飞机是美国洛克希德公司为美国情报机关专门研制的高空侦察机。
U-2飞机问世后，深得美国情报机构和军方的青睐。为此，此机得到不少“雅号”，如“蛟龙夫人”、“天使”“神秘女郎”“黑衣女谍”等，也有人管它叫“黑寡妇”。
U-2飞机问世前，美国也曾对中国和苏联进行过高空侦察，可由于中苏两国幅员广大，一般的侦察飞机即使从中苏周边的美国海外军事基地起飞，也很难进入两国的腹地，而从安全和情报角度分析，这类难以触及的地区往往隐藏着更有战略价值的秘密设施或建设工程。为此，美国情报机构和空军绞尽脑汁将情报触角向中苏内地延伸。1950年初，美国空军就在对流层的喷射气流带施放间谍气球，搞起了代号为“白鲸”的放飞行动。这种号称“大气观测用品”的气球下的吊篮内附有自动稳定装备，能使气球在高气压下顺气流持续飘行，而另一端悬挂的自动相机则在十几昼夜的飘行中不断对地面目标进行高空拍照。
可气球天性散漫，一旦升空，便随风而行，大部分根本无法进入事先设计的路线飞行。“白鲸”放飞行动持续了5年，返回率只有百分之八，而寻到拍摄目标的还不及百分之一。更令美国人头疼的还是那模糊不清的照片，许多根本无法辨认。无奈之下，美国人只得求助于武艺高强的“黑寡妇”。然而，“黑寡妇”尽管“武艺高强”，也有先天不足。为追求高速轻捷，U-2飞机的净重仅有12000磅，机体材料为铝合金，缺乏强劲的结构支撑，机身外表又仅有0.02英寸厚，加之机翼设计仍未彻底摆脱高空浮力不够的力学结构束缚，所以飞行员在高空稍有不慎，就可能殒命九霄。这等玩命的差事，美国人岂愿多冒风险！于是有人想出了一个聪明的办法：由美国出飞机，让蒋介石的飞行员驾驶。这样如果机毁人亡，死的是中国人；万一暴露了马脚，责任由蒋介石承担，岂不两全其美！
然而，事情并不像美国人想的那样一帆风顺，蒋介石手下的军政委员也不是那样好摆布的。1958年春末的一天，美国中央情报局驻台北办事处主任克莱恩回美国接取情报任务。上司向他透露了一个核心机密：据可靠情报分析，中国正在甘肃、青海或新疆研制原子弹。中苏分歧不断扩大，中国人有可能加速核武器研制进程。为此，中央情报局经美国总统批准，准备利用台湾空军驾驶U-2飞机穿越“竹幕”，深入大陆内地侦察照相，全面搜集中共重要工业设施、军事部署的情报，全程监控中共原子弹和远程导弹的发展过程。
克莱恩领到命令后，不敢怠慢，马上回台湾，同台湾“国防部长”俞大维联系。不料，俞大维认为美国人关注的大陆核计划情报对台湾没多大用处，本应由美国空军去冒险的差事，让“国军”当炮灰，划不来，因而没有买克莱恩的账。
万般无奈之下，克莱恩驱车前往蒋家大公子蒋经国住处，向蒋经国求援。