12月20日，英国外交大臣艾登收到哈马舍尔德一封长信，信中详细分析了哈马舍尔德决定为受审的美国间谍人员赴北京的原因。哈马舍尔德认为，他不得不“冲开大门”，中国拒绝联合国相关决议，但又不能不考虑美国的观点，他无法找到一个更合适的办法。同时，他还无法邀请诸如瑞典、瑞士或印度这样的第三国来充当调解人，最后只好由他亲自出面。当然，如果只是传达联合国决议，那样只会使问题蒙上阴影，通过电话交换意见又不能解决多大问题，通过中国政府与联合国代表之间交换观点又遭到中方的断然拒绝。所以，他不得不亲赴北京访问。
得知联合国秘书长访华的消息后，台湾方面惊慌失措，他们很难相信美国在背后不会与北京方面有什么“交易”。12月30日，台湾政府驻联合国代表蒋廷黻要求紧急会见美国驻联合国代表洛奇，想从洛奇口中探听美国关于哈马舍尔德访华的计划。他特别关心哈马舍尔德是否得到美国“以任何方式”与中共进行会谈的授权。在同洛奇的谈话中，蒋廷黻特别提到35名中国留美学生是否会获准离境，同时关心北京方面是否要求美方作出其他方面的让步。洛奇看出蒋廷黻的担心。因此告诉蒋廷黻，美国没有授予联合国秘书长代表美方进行讨价还价的权力，他的权力只来自联合国的授权，随身带走的也只有尚滞留在中国大陆的美国军事人员名单。洛奇认为，哈马舍尔德只能在朝鲜停战协定框架内谈及此事。然而蒋廷黻仍担心哈氏是否会为解决此事而有第二次或第三次北京之行，也就是说这可能开启联合国与新中国政府来往的先例。关于这点，洛奇没有任何表示。尽管如此，蒋廷黻觉得还是搞清了美国同北京方面进行条件交换的内情。蒋廷黻离开时，洛奇好像听到他在门前长长地舒了一口气。新中国政府尚未取得联合国代表权，联合国秘书长的到访确实具有特殊的外交含义，台湾政府不会不担心华盛顿与北京外交关系的改善。
1955年1月5日到10日，哈马舍尔德抵达北京并与周恩来举行四次会谈。对于哈氏会谈中的表现，杨尚昆在日记中记载：“哈马萨（即哈马舍尔德，引者注）已到北京，观其与周总理的谈话，此人真可算是一个资产阶级的典型外交家，谈话漫无边际，模棱两可，双方均不得罪，真是"妙文"。”与此相比，周恩来却态度明确地提出谈论美国间谍案必须坚持两个前提：联合国关于这一问题的决议案不能接受；中国内政不容干涉。同时，周恩来告诉哈马舍尔德，在日内瓦会议期间，中美曾就双方侨民问题（包括犯罪的美国人）进行过接触，中方向美方介绍了中国的侨民政策：中国政府对于侨民，包括居住在中国的美国侨民，是友好的。对于其中守法的侨民，我们给予保护。对于少数罪犯，我们依法惩处。美国利用间谍案做文章，其实质是转移世界舆论不去注意美台签订的《共同防御条约》。联合国居然顺从美国，诬蔑中国判处美国间谍的举动违反了朝鲜停战协定。可见，联合国再一次把自己放在美国侵略工具的地位。会谈中，哈马舍尔德曾直白地告诉周恩来，中国应该释放犯人。对于哈氏不同寻常的说话方式，周恩来并未在意，而是委婉地告诉哈马舍尔德，中国方面的确想释放在押的美国犯人，但是绝不以屈从美国外交压力为前提。中国希望美方准许中国留美学生回国，并不愿意用这些犯人作为交换。1月10日，哈马舍尔德离开北京前与周恩来发布一个联合公报，公报称：会谈“涉及了有关和缓国际紧张局势的各项问题。我们觉得这些会谈是有益的，我们并希望能够继续在这次会晤中所建立的接触”。除此公报外，哈氏北京之行并未取得实际成果，中国政府却因此赢得外交上的主动。
