1939年7月，回到延安的周恩来发生了一件意外的事情。
他要去中央党校作报告，江青也要去。延河正涨水，他们就骑马。在路上，江青猛地打马，她的马突然狂奔起来，使周恩来的坐骑受惊，因毫无防备，一下摔了下来。周恩来急中仍镇静，忙用右手护住头，结果胳膊肘先着地，造成肘部粉碎性骨折。当时延安医疗条件差，没有完全把骨头对好，就打上了石膏。等取下石膏时，肘部已不能活动，右臂肌肉逐渐萎缩。于是，中央建议他赴苏联治疗。为此蒋介石派出自己的专机到延安，把周恩来接送到乌鲁木齐，然后转乘苏联的飞机到达莫斯科。同他一起去的有邓颖超、孙维世、李德等。
周恩来在医院里住了两三个月。他在国际共产主义运动中一向享有很高的声望。第七次共产国际代表大会上，他又当选为共产国际执委。在知道他已到莫斯科以后，共产国际机关内不少人悄悄地向师哲打听：“周恩来出院了吗？什么时候会来共产国际？真想看看他。”一个天真的女秘书还嘱咐师哲事先要告诉她：周恩来在什么时候从什么地方经过，以便她能隔着玻璃窗望他一眼。新年前几天，周恩来出院了。1940年元旦晚上，他出席了共产国际举行的新年联欢会。
一出院，周恩来又投入紧张的外事活动。
这些工作中，最重要的是向共产国际报告中国抗日战争的形势和中国共产党的工作。这在当时是很有必要的。因为在七七事变以后，中国的抗战已经经历两年半的时间，进入了相持阶段，抗战阵营的内部矛盾正在越来越明显地暴露出来，国民党顽固派这时在国内正掀起第一次反共高潮。共产国际对中国国内局势的演变情况却很隔膜，有些人甚至对中国共产党执行统一战线政策的某些做法抱有怀疑，担心中国共产党人也热衷于搞摩擦，而不是集中精力对付外敌，认为这同抗战的总目标和总任务是不相符的。
为了用事实说明真相，周恩来在住院期间就开始起草给共产国际的报告《中国问题备忘录》。他一边写，师哲就在一边译成俄文。师哲劝他：“你是来医病的，还是先把病治好为宜。”
周恩来头也不抬：“我这是外伤，又不影响我的思考和工作。”
《备忘录》长达116页，5.5万字，分三个部分。第一部分全面介绍了中国抗日战争的现状：第一阶段已经结束，现在是胶着状态的第二阶段。这一阶段的特点是，敌人将战略重心转移到华北敌后战场，企图消灭中国共产党领导的游击队，在其占领地区进行建设和开拓富源，将重点放在政治进攻和施加经济压力上，迫使中国投降。目前中共遇到一系列困难，主要是国民党的反共、投降活动和腐化现象，加上日本侵略者的诱降、英法的妥协活动，致使投降与分裂可能成为这一过程中的主要危险。
《备忘录》系统地介绍了抗战爆发以来两年半中日战争的情况：日本派往中国一百多万兵力，伤亡已达51万，日本政治上“以华制华”，军事上“以战养战”。中国为坚持持久战而斗争，中国农民的民族意识受到空前未有的锻炼，农民在殖民地革命运动中具有伟大作用。
《备忘录》还列举了蒋介石抗战以来的三次动摇。
《备忘录》第二部分介绍了中国抗日民族统一战线的形成及其特点；第三部分报告了中共及八路军、新四军的工作。
翻译工作一直持续到周恩来出院。师哲将译稿交给季米特洛夫的政治秘书，由他压缩成20页打印纸，再由季米特洛夫将打印稿送交斯大林及国际执委看。后来，周恩来对它又作了修改，以《中国抗战的严重时期和目前任务》为题，发表在1940年4月出版的《共产国际》杂志上。
1940年1月间，共产国际执委会全体会议听取了周恩来的口头报告。出席会议的有季米特洛夫、哥德瓦尔特、库西宁、曼努意尔斯基、拉科西、皮克、马尔蒂、伊巴露丽等。日共代表野坂参三和中共代表任弼时也列席了会议。会场上挂着中国地图和各种表格。周恩来整整讲了两天，每天都在四五个小时以上，加上翻译的时间共约八九小时，比他的一百页报告还详尽。周恩来充分发挥他的演讲口才和博闻强记，将中国统一战线的来龙去脉和其中一些关键问题讲得一清二楚。
不过这可苦了一直担任口译的师哲。
每次散会后，季米特洛夫就走到师哲跟前，动动他的肩膀，诙谐地问一句：“喂，你是活着还是死的？你的头不昏吗？”看着师哲从疲惫中抬起脸，又说，“好好休息一会儿，再喝一杯咖啡！”
本来，国际执委们对中国的抗战是否能坚持下去，是否能取胜，心中还是七上八下。经周恩来一讲，仿佛已经看见其中取胜的奥秘，不禁兴奋地交头接耳起来。
不过，他们对周恩来讲的阎锡山、胡宗南、鹿钟麟等，晋察冀、晋冀鲁豫等人名、地名实在搞不清楚，也记不住。散会时有个同志摇头苦笑：“恩来同志你辛苦了，你讲的我们全知道了，但又全不明白……”
一位西班牙同志告诉他一个“诀窍”：“你听周的报告，只要记住一点就行了：各国的事情只有各国人民自己才能解决！”
一位写过《两虎相争———中日战争史》的外国记者兼作家，在回述这段史实时，曾作了一个形象的比喻：“如果说毛（泽东）是个英明但又会犯错误的航海家，那么周（恩来）就是个有耐心的水手长，他保证轮机正常运转，水手们各司其位，船上的饮食不断得到补充……凡是同周恩来见过面的人，分手之后一定会感到……信心增强了。”
当时走出共产国际执委会会场时，不少人正是这种心情。
周恩来还向季米特洛夫谈了王明所犯的错误。许多情节令季氏大为惊讶。
周恩来还参加了共产国际监察委员会对李德的审查。结论是：李德有错误，免予处分。
2月底，苏联派专机送周恩来回国，一直送到兰州。这是中国共产党最后一次向共产国际派遣的代表。在这次周恩来和任弼时回国后，中共中央就不再有代表驻在共产国际了。
在那段时间，周恩来的心情很不好。与蒋介石的谈判没有多少进展，张国焘逃离延安的事又闹得满城风雨。有人认为周恩来“投降”了，甚至有谣言说，周恩来将成为张国焘第二。