1946年5月，国民政府还都南京。5月3日，周恩来率代表团由重庆迁往南京，进驻梅园新村，继续与进行和平谈判。国共两党的谈判，从重庆到南京，中心问题有两个：一是军事上的停战，二是上的。谈判的焦点是无条件停战。南京谈判期间，以周恩来为首的代表团坚决贯彻中央的指示，始终把谈判重点放在停止军事冲突上，本着反内战、争、求和平的基本方针，为实现国内和平作出了真诚的努力。
表面上摆出和平的姿态进行谈判，实际情况却是“蒋军在美方继续大量援助之下，在全国各地恣意进攻”。1946年6月26日，军发动了对中原解放区的大举围攻，点燃导火线日，军攻占了张家口，停战协定被彻底撕毁，谈判陷于破裂。蒋介石为了在上继续打击，单方面宣布召开“国民大会”。11月15日，蒋介石不顾和全国人民的反对，悍然召开包办的“国民大会”，表明了在重庆签订的停战协定、政协决议和整军方案已经彻底被破坏，代表团已没有必要留在南京了。根据中央的决定，1946年11月19日，周恩来、邓颖超、李维汉及代表团的部分工作人员返回延安。
从“国大”召开到周恩来率领代表团部分人员返回延安，中间只有三天时间，但在这三天时间里，周恩来仍争分夺秒地做了许多工作。周恩来即将返回延安，对仍留守在南京的董必武和代表团的部分人员非常牵挂。周恩来给留下的人员讲话，要求大家做好三种准备：可能被抓起来关进监狱，就地软禁，被赶走（送回延安）。第三种情况是最好的，他嘱咐留下的人员争取这种情况，但不管是哪种情况，都要做好准备。
1946年11月16日，“国大”召开后的第二天，周恩来在代表团驻地梅园新村17号的大饭厅里，举行了告别性的中外记者招待会。往常，代表团的记者招待会都是在梅园新村17号的会客室举行，但这天来的记者比以往任何一次都多，一些特务也冒充记者混了进来。于是，代表团将记者招待会改在了大饭厅。即便如此，大饭厅里也被挤得水泄不通，连窗户外都站满了人。
16日下午2点半，周恩来准时出现在会场。他穿着曾经在重庆参加政协会议时穿过的黑呢中山装。会上，周恩来发表对召开“国民大会”的严正声明，强烈谴责召开的“国大”是违反政协决议和全国的，中国党决不承认，同时向记者们散发了书面声明。这份《代表团周恩来将军十一月十六日的声明》介绍了自政协会议召开以来国内的局势，揭露这一“国大”是彻头彻尾包办的的“国大”，妄图骗取中国党以外的其他党派参加，以粉饰当局个人的面目南京正宗泰式抓龙筋。
发言结束后，周恩来便开始回答记者的提问。记者们的问题一个接着一个，有关切的，有疑问的，也有故意刁难的。周恩来详细解释了中国党的方针、政策，分析了战场的形势，同时驳斥了特务分子的挑衅。
《扫荡报》的一个记者突然挑衅地问：“假如国大通过对下讨伐令，将何以自处？”周恩来笑着自信地说：“那有什么不同呢？早就在打了。我们在南京的人早就准备坐监狱的。”接着，他又说：“抗战前十年内战，抗战八年摩擦，胜利后一年纠纷都经历过了，再过20年还是如此，我们还要为人民服务。只要不背叛人民，依靠人民，我们在中国的土地上就一定会有出路的。”。
有记者问：“‘国大’召开后，你是否认为一年来的谈判已告终止？”周恩来回答：“是的。自召开所谓‘国大’后，已经把政协决议破坏无遗，政协以来和谈之门已被最后关闭。”一位记者问到关于延安的军事情况，周恩来指着墙上挂着的进攻解放区形势图中代表解放区边界的蓝线说：“我们一直是在自己区域实行自卫。但假如政府继续进攻，特别是进攻和解放区的中心延安，那就逼得我们从蓝线里打出来，那就是全国变动的局面。”！
面对记者们的各种提问，周恩来始终站立，侃侃而谈。他时而语调高昂，时而语调低缓。最后，周恩来宣布：由于当局单方面召开“国大”，关闭谈判的大门，代表团将于两三天内撤回延安，但南京、上海两办事处仍将保留，由董必武、钱之光主持。
散会后，记者们围着周恩来，请他签名题字。无锡《大锡报》的记者钱小柏拿着《政协文献》请周恩来题字。周恩来问他是什么报社的记者。钱小柏回答说：“我是无锡一家地方报纸的记者，不过过去在生活书店工作过。”周恩来饶有兴趣地说：“那么你一定认识邹韬奋和金仲华？”钱小柏作了肯定的回答，并说自己在汉口时曾与他们在交通路书店三楼一起办公。其间，还两次有幸聆听过周恩来在书店作的报告。周恩来听后高兴地在《政协文献》的封面里页写下了“为真真和平而奋斗到底”，并签上了自己的名字。
11月17日晨，方面的张群到梅园新村拜访周恩来和董必武。张群表示国民政府并未关闭和平谈判之门，请周恩来再留南京数日。周恩来当即表示，谈判之门已由国民政府关闭，留在南京是无益的。当晚，孙科也赴梅园拜访周恩来，对周恩来将返延安表示挽留。
南京谈判期间，周恩来作为代表团的主要负责人，除代表中国党和代表进行谈判外，还要经常与“美方调解人”马歇尔、司徒雷登会谈。美方代表以调解人自居，摆出一副公正的面孔，实际上是站在美国的立场上，维护蒋介石政权。
周恩来在与美方代表谈判时，凡事关国家主权的原则问题，都寸步不让，有理、有利、有节地据理力争。他指责美国对华政策的两面性，希望“美方调解人”能够站在公正的立场上加以调处。但是谈判之余，周恩来对他们仍是以礼相待，马歇尔因此感慨地说：“周恩来将军是一个很厉害的谈判者，一个很吸引人的谈判者，也是一个很难对付的谈判者。总之，是我所遇到的一个最能干的谈判者。”为了表达敬意，马歇尔将一只牛皮公文包赠送给周恩来，包上有两行烫金的英文：马歇尔将军赠周恩来将军。
离开南京前，周恩来去马歇尔、司徒雷登处话别。周恩来告诉马歇尔南京泰式龙筋spa，由于“国民大会”的开幕，已经关上了谈判的大门，他不得不返回延安。他问马歇尔是否可为此行提供交通上的方便。周恩来还表示南京正宗泰式抓龙筋，虽然谈判的大门已经关闭，仍将在南京、上海等地保留一些人员，董必武将留在南京办事处。马歇尔答应为周恩来返回延安提供专机，同时答应必要时为留在南京和上海等地的人员提供专机。11月18日下午，周恩来、邓颖超又访晤马歇尔，向他辞别。周恩来交给马歇尔一份留在南京、上海等地人员的名单，一旦情况紧急，请他为上述人员的撤离提供交通方便。
司徒雷登在南京谈判期间担任美国驻华大使。同时，他还是一位文化人，担任过燕京大学的校长。11月18日晚，周恩来在梅园新村宴请司徒雷登，并邀代表团中燕京大学毕业的人员一起参加。席间，周恩来指着这些人对司徒雷登说：“这些是你培养的学生，你是燕大的校长，可是为我们培养了人才。”事后，周恩来特别委托代表团负责外事工作的王炳南，将一只初年烧制的五彩仿古人物花瓶赠送给司徒雷登，花瓶上绘有八仙过海的图案。
1946年11月，周恩来宴请民盟负责人。这是宴会后在梅园新村留影。左起：周恩来、邓颖超、罗隆基、李维汉、张申府、章伯钧、沈钧儒、董必武、黄炎培、张君劢、王炳南。
1946年9月，时局开始急速恶化。9月4日，陈诚发表公开谈话，宣布军将进攻张家口。10日，蒋介石手令北平行辕及第十一、第十二战区部署对张家口进攻。张家口是解放区的、军事中心之一，军进攻张家口，就表明决心实行最后的破裂，而且蒋介石又拒绝召开商议停战的三人会议。事实清楚地表明谈判全面破裂已难避免，继续商谈已不能取得积极的成果，作为全权代表的周恩来自然也没有再待在南京的必要。
9月16日下午，周恩来由南京飞抵上海，愤然暂时退出南京谈判，表示，不再与及美方代表进行无意义的磋商。10月，在攻占了张家口和单方面宣布召开“国民大会”的同时，又摆出和平的姿态，表示愿意继续谈判，游说第三方面人士劝说周恩来回南京继续谈判。顾及第三方面人士为挽救和平所做的努力，接受第三方面的调解。10月21日，周恩来返回南京继续谈判，通过谈判揭露了的和谈骗局，也达到了教育同盟者和广大人民的目的。
中国党的做法，让人士看清了的和平诚意及破坏和平、挑起内战的本质，使得第三方面丢掉幻想，与中国党站在了一起。中国同盟是第三方面的一支主要力量，“国大”开幕前，民盟主席张澜就表明了民盟决不参加“国大”的明确态度，表达了民盟愿与中国党风雨同舟、并肩战斗的愿望。新华社记者对非法“国大”发表评论指出，当局在这次冒险中，已因、民盟与其他有威信的人士拒绝参加“国大”，而处于失败地位。
离开南京前，周恩来与罗隆基作过一次长谈，地点就在南京新街通银行的会议室。周恩来问罗隆基：“和平失败了，你失望吗？”并向他分析了和平失败的原因。周恩来就暂时退出南京谈判，后又在第三方面调解下返回南京一事，对罗隆基说：“我们党的代表早就知道这是假和平，我们不想到南京来。不过，我们怕朋友们受欺骗，并且怕朋友们失望，所以陪着来了。”罗隆基关心地问：“今后当然只有打了，党打得赢吗？”周恩来说：“这是蒋介石要打，不是党要打。他要打，党就只好打了，亦只有好好地打。”。
周恩来接着说：“对争取中国的和平，我们党是有决心的；对同蒋介石打仗，我们是有信心的。”周恩来这两句话，在当时很快就广为流传。最后，罗隆基告诉周恩来，民盟将于11月25日在上海举行记者招待会，说明民盟一年来参加政协会议和南京和谈的经过、不参加“国大”的理由，以及今后为中国和平、、统一而继续奋斗的方针，并说张澜主席快要到上海，民盟可能快要召开二中全会了。周恩来听后非常高兴，对民盟今后的工作作了鼓励。
11月17日晚，周恩来给正在上海的郭沫若、于立群夫妇写了一封告别信。信中说：“民盟经此一番风雨，阵容较稳，但问题仍多，尚望兄从旁有以鼓舞之南京婉姐抓龙筋工作室。斗争艰难曲折，居中间者，动摇到底，我们亦争取到底。‘国大’既开，把戏正多，宪法、国府、行政院既可诱人，又可骗人，揭穿之端赖各方。政协阵营已散，今后要看前线，少则半年，多则一年，必可分晓，到时如仍需和，党派会议、联合政府仍为不移之方针也。弟等十九日归去，东望沪滨，不胜依依，请代向诸友致意，并盼保重万千。”信中，周恩来不仅表达了惜别之情，还对第三方面作了正确的估计，传递了继续争取的方针。
11月18日，民盟在南京的代表章伯钧、罗隆基于晚7点到梅园新村访晤周恩来和邓颖超，约了两人前往蓝家庄，并以盛宴款待。周恩来对来梅园新村告别的人士说：“我们回去穿起草鞋再打十年，胜利一定属于人民。”。
11月19日8点，周恩来率邓颖超、李维汉等10余人乘美军专机离开南京飞返延安。起飞前，有记者问周恩来：什么时候回南京？周恩来回答：总有一天要回南京来的。李维汉在这一天的日记中记载：国共谈判破裂了，但我党满载人心归去，这是党的工作的最大胜利。南京婉姐抓龙筋工作室