签字仪式于2月14日在克里姆林宫举行。
毛泽东、周恩来和斯大林、马林科夫、贝利亚、维辛斯基等聚集在斯大林办公室旁的一间客厅里，其余的人都在另一间客厅。代表双方签字的是周恩来和维辛斯基。毛泽东和斯大林站在最中间。各种镜头一齐对过来，摄影灯烤得大家汗流满面。斯大林不时调整一下站姿，以保持体力。
斯大林突然想起什么，对身边的翻译师哲说：“你们的翻译工作没有做好，耽误了贸易协定文本的印制，否则，今天在这里可以同时签署贸易协定，那样多好啊。”
毛泽东问斯大林在说什么，师哲如实禀告。毛泽东有些不满：“反正缺点和错误总是中国人的！”其实，中苏贸易协定是苏方人员没有准备好，怕斯大林斥责，才把责任推给了中方，这才引出毛泽东的不快。
斯大林敏感地回过头问：“他说什么？”
师哲只好搪塞：“是我们个人之间的私话。”
毛泽东与斯大林是一代伟人，其性格中也有某些相似之处，比如在涉及民族利益时都会怒发冲冠，不会轻易让步；而两人的自尊心又都强，两“强”相遇难免不发生一些碰撞。签完字，轮到毛泽东向斯大林提出请求了：
“斯大林同志，条约签字后，我们准备举行一个小型招待会。”
“当然。”斯大林答应得很痛快，并仔细地听着下一句，因为开招待会的想法他已预先接到报告。
“但不在克里姆林宫，而在另外的地方，比如大都会饭店。”毛泽东果然出语突然。
“为什么不在克里姆林宫呢？”斯大林目光直逼毛泽东。
“斯大林同志，您要明白，克里姆林宫是苏联政府举行国宴的地方。对于我们这个主权国家来说不完全合适。”毛泽东的语气里已经没有了固执，诚恳占了上风，“我们希望你能出席一下，如果健康状况不允许，你可以随时提前退席，我们不会认为这有什么不合适。”
斯大林也表现了出人意料的大度：“我历来没有在克里姆林宫以外的地方出席过这样的宴会，而且已经成了惯例。但对你们的邀请，我们在政治局会议上已经讨论过了，我决定接受你们的邀请，也就是说我将破例到克里姆林宫以外的地方去参加你们的宴请。”
毛泽东流露出感激，再次说道：“如果身体不支，你可以随时提前退席。”
斯大林小声说：“不会的，既然去了，就要参加到底。”
当晚9时，酒会在克里姆林宫附近的米特勒保尔大旅社的第一层楼进行，这是中国使馆租借的。斯大林带领苏联政府官员如约到来，毛泽东和周恩来早已站在门口，用掌声向500多来宾，尤其是难得出现在公众场合的斯大林表示欢迎。进入大厅后，人们都注视着两位伟人，只有一双眼睛却在别处游弋。那就是后来一直是谜的贝利亚：他那鹰一般的目光扫视着会场，看着人们的杯中是否是白兰地，以免有什么不测。酒会进行得很顺利。中方最忙的人是王稼祥大使和周恩来总理。周恩来的嘴唇刚刚挨着酒杯又匆匆放下，他看到：毛泽东和斯大林被安排在里间小厅，与外面的大厅隔着一排屏风似的玻璃门。外面的人们为了争看两位领袖，纷纷向里间挤，眼看隔板和玻璃门就要挤破了。周恩来急走几步，招呼服务员，让他们撤走隔板，将两厅合为一厅，毛泽东和斯大林的身影出现在人们面前，人们不再往前挤，而驻足凝望……在与会者眼里，这似乎是一种象征：坚冰已经打破，中苏之间的隔阂正在消除。可惜在斯大林死后的赫鲁晓夫时代，两国又筑起壁垒……双方对垒的主将毛泽东与赫鲁晓夫，当时都在酒会上，并且举杯相碰过……
轮到周恩来致祝酒词。事先他准备了一份讲话稿，并给了苏联翻译一份俄文稿。但临场他并未拿稿子。令知情人惊讶的是：周恩来的发言竟与长达2000字的原稿一字不差！
周恩来挨着向苏联政府首脑敬酒，最后走到了毛泽东面前：“主席，我也敬你一杯。”毛泽东欣然举杯，他的脸上充满一种微笑，那微笑多少有一点胜利者的快慰，又像酒一样淡雅，令人回味……
酒宴之后，有一位苏方人员曾感慨地说：“毛泽东和周恩来配合默契，相得益彰，真是少有的领袖人物啊！”