彼得罗夫说的没错，一直到7月9日，双方谈到第四回合，苏联在外蒙古问题上一直非常强硬。无奈，在请示蒋介石后，宋子文得到了这样的指示：

“中国政府今愿以最大牺牲与诚意，寻求中苏关系根本之解决，扫除今后一切可能之纠纷与不快，藉获两国彻底之合作，以完成孙中山总理生前与苏联合作之遗志。中国最大之需要为求领土主权行政之完整，与国内真正之统一，于此有三项问题切盼苏联政府予以充分之同情与援助，并且给以具体而有决心之答复。”

蒋介石决定妥协了，他提出的三个问题是：第一，保证东北领土主权完整，中苏共同使用旅顺和大连两个港口，期限二十年，港口和铁路的所有权归中国所有。第二，阿尔泰山脉为新疆一部分。第三，苏联只能援助国民党，不能援助共产党。

作为这三个条件的交换，蒋介石表示：“中国政府愿在击败日本及上述各项由苏联政府接受后，同意外蒙古独立。”

蒋经国的回忆录里，对蒋介石的此番指示有补充说明，即蒋介石所说的“同意外蒙古独立”，必须经过公民投票，且是根据三民主义的原则来投票。如果外蒙古公民投票结果倾向于独立，国民政府才能承认。无论如何，脸面总是要的。

斯大林同意了蒋介石的要求。1945年8月14日，《中苏友好同盟条约》在莫斯科签订，宋子文拒绝签字并提出辞职，王世杰接任外交部长，代表中国签署了这份条约。第二天，日本宣布无条件投降。

条约既成，之后的事情就无可挽回了。1945年10月20日，外蒙古举行公民投票，蒋介石派内政部常务次长雷法章前往“观察”。蒋叮嘱雷：“只是观察，不得干预，也不要发表任何言论。”

而雷法章事后描述他所“观察”到的投票情况：“此项公民投票据称为外蒙古人民重向世界表示独立愿望之行动，实则在政府人员监督下，以公开之签名方式表示赞成独立与否，人民实难表示自由之意志。”投票结果显示，共计49万选民，98%参加投票，一致赞成外蒙古独立。