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8月8日，德國投降正好三個月，美國對日本使用原子彈之後，蘇聯在和中國談判成功之前，對日本宣戰。一百五十萬蘇軍在蒙古集結後進攻中國東北、朝鮮等地的日本關東軍。其間外蒙古提供後勤並派軍隊參加了蘇軍對日軍在內蒙古的作戰。中蘇在就外蒙古問題舉行談判時，史達林堅稱外蒙今日已是“人民共和國”，其現狀即獨立[42]。談判開始時，中方堅拒承認外蒙獨立，史達林則稱，外蒙問題如無法獲致解決，則條約不能訂立[45]。談判中，蔣經國對史達林說：「我們的國民一定不會原諒我們，在這樣情形之下，國民一定會起來反對政府。」史達林回答：「倘使你本國有力量，自己可以打日本，我自然不會提出要求。今天，你沒有這個力量，還要講這些話，就等於廢話！」[41]
為繼續取得同盟國對中國戰區的支持，以及避免蘇聯使得新疆伊寧事變擴大、援助中國共產黨和在東北駐軍不撤走，1945年8月14日，經過與蘇聯兩個多月的談判，中華民國政府最終做出妥協。宋子文、王世傑等在國民政府主席蔣中正的授權下與蘇聯政府簽訂《中蘇友好同盟條約》，同意“蘇聯出兵擊敗日本後，三個月內（從東北）撤完、在蘇聯尊重東北的主權、領土完整；不幹涉新疆的內部事務”等條件下，允許將依公正之公民投票的結果決定是否承認蒙古人民共和國。宋子文拒絕簽字，並辭掉外交部長一職，最後該條約由王世傑簽字。[46]同日，中蘇兩國外交部互致照會[47]：
中蘇關於外蒙古問題的換文
甲：紀錄
斯大林統帥與宋院長子文在一九四五年七月十一日第五次會談時曾討論蘇聯參加對日本作戰後其軍隊由中國領土撤退之問題。斯大林統帥不願在蘇聯軍隊進入東三省之協定內，加入在日本戰敗後三個月內將蘇聯軍隊撤退一節，但斯大林統帥聲明在日本投降以後，蘇聯軍隊當於三星期內開始撤退。
宋院長詢及撤退完畢需要若幹時間。斯大林統帥謂彼意撤軍可於不超過兩個月之期間內完竣。
宋院長繼詢是否確在三個月以內撤完。斯大林統帥最多三個月足為完成撤退之期。
中華民國三十四年 八月十四日 西曆一九四五年 王世傑 (簽字) 莫洛托夫 (簽字)
乙、中華民國政府文
部長閣下：茲因外蒙古人民一再表示其獨立之願望，中國政府聲明，於日本戰敗後，如外蒙古之公民投票證實此項願望，中國政府當承認外蒙古之獨立，即以其現在之邊界為邊界。
上開之聲明，於民國三十四年八月十四日簽訂之中蘇友好同盟條約批準後，發生拘束力。
本部長順向貴部長表示崇高之敬意。此照蘇聯外交人民委員部莫洛托夫部長。
中華民國三十四年八月十四日
西曆一九四五年八月十四日
丙、蘇維埃社會主義共和國聯盟文
部長閱下：核準閣下照會，內開：“茲因外蒙古人民一再表示其獨立之願望，中國政府聲明，於日本戰敗後，如外蒙古之公民投票證實此項願望，中國政府當承認外蒙古之獨立，即以其現在之邊界為邊界。
上開之聲明，於民國三十四年八月十四日簽訂之中蘇友好同盟條約批準後，發生拘束力。”
蘇聯政府對中華民國政府上項照會，業經奉悉，表示滿意，茲並聲明蘇聯政府將尊重蒙古人民共和國（外蒙）之政治獨立與領土完整。
本部長順向貴部長表示崇高之敬意。此照中華民國國民政府外交部王部長世傑
西曆一九四五年八月十四日
中華民國三十四年八月十四日
