軍隊各奉政府命令後撤10餘裡，聽候和平解決。29日，蘇軍司令部致電東北軍司令部。稱：中東路問題希望和平解決，蘇現已委任梅裡尼可夫為全權代表，請中國速派交涉員蔡運升前往接洽。30日，雙方在蘇境第86號小站的火車上舉行會談，內容為：(1)中止兩國軍事行動；(2)決定召開和平會議之時間及地點；(3)和平會議，以1924年協定為基礎；(4)從速恢複西伯利亞與中東鐵路之聯絡。31日晨，中蘇邊界會談結束，會議除同意提前恢複通車外，別無結果。蘇聯代表提出：中國借口取締蘇聯宣傳“赤化”，致以武力蹂躪協定，今後交涉能否圓滿進行，當以中國方麵態度為先決問題。會後，雙方代表各電本國政府請示辦法。中蘇衝突暫告停止。
8月2日，蘇方代表梅裡尼可夫與蔡運升在滿洲裡繼續會商，中方提出先行恢複歐亞通車，無果。蘇方提出恢複中東路原狀，中蘇分任沿線警備，中蘇交涉在赤塔開會等要求。同日，中東路駐天津辦事處由華人接收，新任經理王文秉即日到職。3日，張學良訓令蔡運升不能接受蘇方要求，宣稱：“若照昨日梅裡尼可夫所提出的要求條件，由中俄兩國分擔保護中東鐵路之任，則從今以後，反因此殘留禍根。”同日，國民黨北平市黨部在天安門組織2萬餘人的反蘇大會，通過無條件收回中東路、限期“鏟除”共產黨、請積極對蘇備戰等案。5日，張景惠命令將此前搜查哈爾濱蘇領事館時逮捕的蘇共黨員39人解送法院審訊。同日，蔡運升致電外交部，報告蘇聯提出由其另委中東路正、副局長，為開始正式談判之先決條件。王正廷在南京答記者稱：此種提議中國政府絕對不能容許。同時，外交部致電非戰公約各國，申述中蘇談判停頓原因。10日，國民黨中央宣傳部為中東路事件發表《告東北將士書》，勉勵服從中央命令，“捍衛邊陲”。
11日，加拉罕在莫斯科對美記者發表談話，稱蘇聯所提出之條件，中國須先加以承認，否則無談判可言。認為中國對於蘇方條件，“毫無接受誠意”。同日，蘇軍與東北軍在滿洲裡發生衝突，交戰兩小時，東北軍死傷60餘人。張學良向前線發出避免衝突令。12日，蔡運升向蘇方提出抗議。是日，蘇聯飛機兩架、軍艦兩艘載陸戰隊300人駛抵黑龍江綏東縣兆興鎮，與東北軍交戰，中午東北軍退守綏東。14日，中蘇交涉決裂。15日，張學良派兵6萬赴西伯利亞邊界，派王樹常為西路總指揮，設司令部於滿洲裡；胡毓坤為東路總指揮，設司令部於綏芬河。此後，中蘇雙方發生激戰，蘇聯出動陸海空軍猛烈攻擊，10月，戰事尤烈，雙方均有重大傷亡，東北軍更甚。至11月底戰事結束。
11月26日，中國駐德公使館發表中國外交部托德轉致蘇聯政府之照會，提議組織共同調查委員會，調查中蘇衝突真相，以明邊境衝突責任，並要求各自邊界撤退軍隊30英裡，以免再起衝突。蘇方予以拒絕。12月3日，中蘇雙方代表在尼闊立司基烏蘇裡司克發表聲明：各遵守中俄、奉俄協定；該路正副局長，蘇俄另行推薦新人；中國所派東路人員，亦得易人。6日，張學良致電國民政府報告上述交涉情況，主張中東路正、副局長重新由俄推舉，責任問題由中俄雙方派員調查，無須第三國參加，中俄糾紛由中俄雙方會議解決。請國府決定，並派大員正式談判。7日，蔣介石召集譚延閩、胡漢民、戴季陶、王正廷等開緊急會議，討論張學良6日電，決定完全采納張電意見。同日，國民政府致電張學良稱：“中俄交涉既已接洽妥協，準如所請辦理，派蔡運升為正式代表，明令不日頒發，尚望以擁護國權為重。”13日，蔡運升抵伯力，與蘇代表西門諾夫斯基討論正式會議日期、地點及以中俄協定為正式會談根據等問題。16日，中蘇預備會議在伯力外交員公署開幕，蘇方提出中東路正、副局長人選。18日，外交部電告張學良決定派蔡運升為中蘇會議正式代表，莫德惠為副。19日，中蘇預備會議著重討論新任正、副局長就任手續、恢複東鐵7月11日以前原狀、釋放被拘僑民等問題。會議決定：正式會議在哈爾濱召開，雙方釋放僑民，定於1930年1月1日開始，至於中東路局長及雙方人民與軍隊損失，待正式會議解決。20日，中蘇預備會議討論西線撤兵及警備權問題。
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