打完电话，周恩来更有数了。他立即让李作鹏打电话通知山海关机场：山海关机场这架飞机必须有周恩来、黄永胜、吴法宪、李作鹏4个人一起下命令才能起飞。这实际上是要封锁这架飞机。周恩来还指示李作鹏：林彪可能夜航，夜航不安全，不要夜航。林彪到机场时，要林彪直接给周恩来去电话。周恩来还让吴法宪立即在西郊机场预备两架飞机，准备一有必要就飞赴山海关机场。但是，李作鹏把周恩来的指示作了关键性修改，把周、黄、吴、李4人一起下命令才能放飞，私自改为："其中一个首长指示放飞才放飞。"周恩来查问256号飞机的情况，引起了林彪一伙的恐慌。他们认为一定是阴谋被中央觉察。这使他们改变了南逃计划，改为逃往苏联。13日零点左右，林彪、叶群、林立果、刘沛丰等人不顾警卫部队的阻拦，乘车从北戴河逃往山海关机场，并在途中开枪打伤跟随多年的警卫秘书，爬上飞机，没等副驾驶员、领航员、服务员登机和加油完毕，就强令起飞，仓皇出逃。周恩来接到报告后，立即向毛泽东报告，毛泽东、周恩来断然发出全国禁空令，即：任何飞机都不准来北京；没有毛、周、黄、吴、李的联合命令，任何飞机都不准起飞。并命令华北地区雷达全部开机观察。周恩来通过无线电反复呼叫，劝他们回来。告诉飞机可以在任何一个机场降落，我周恩来亲自去接。256号飞机开着电台，但并不回答。不久，雷达发现256号飞机向蒙古方向飞行。吴法宪请示要不要拦截。汪东兴马上请示毛泽东和周恩来，毛泽东考虑到全国人民还不知道林彪的真相，只说："林彪还是我们党中央的副主席呀！天要下雨，娘要嫁人，不要阻拦，让他飞吧。"1点55分，256号飞机飞越中蒙边界414号界桩上空，进入蒙古境内，逐渐在中国边境的雷达屏幕上消失了。2点30分，256号飞机由于油将用尽，迫降时机身擦地引起爆炸在蒙古温都尔汗附近烧毁。林彪、叶群、林立果等人叛国外逃，落个机毁人亡的可耻下场。
13日凌晨3点多钟，"联合舰队"成员周宇驰、于新野、李伟信从北京沙河机场乘直升飞机向蒙古方向逃跑。上午直升飞机被迫降怀柔县境内。驾驶员陈修文在机上与叛徒搏斗，光荣牺牲。周宇驰、于新野畏罪自杀，李伟信和另一驾驶员陈士印被擒，从机上缴获了他们叛党叛国的大量罪证。
14日，蒙古政府外交部紧急召见中国驻蒙古大使许文益，通知中国方面：9月13日凌晨2点多在蒙古肯特省贝尔赫矿区10公里处，一架中国喷气式飞机坠毁。机上9人全部死亡。蒙方因此向我提出抗议。9月15日，我驻蒙大使和使馆人员在蒙方有关人员陪同下，查看了飞机坠毁现场，拍摄了大量照片。经有关专家分析鉴定，认为现场九具尸体正是林彪、叶群、林立果等人，飞机是在油料即将耗尽的情况下进行野外追降不成而造成破碎、烧毁的。"九一三"事件发生后，周恩来协助毛泽东，在极其复杂的情况下，机智地、妥善地处理了这一严重事件，保持了全国政治形势的稳定。9月18日，经毛泽东批示同意，中共中央发出了《关于林彪叛国出逃的通知》，通告了林彪"仓皇出逃，狼狈投敌，叛党叛国，自取灭亡"的消息。10月1日后，又向全党全民逐级作了传达。9月24日，党中央宣布林彪集团主要成员黄永胜、吴法宪、李作鹏、邱会作离职反省。10月3日，党中央撤销军委办事组，成立了军委办公会议，由军委副主席叶剑英主持日常工作。同日，中央决定由周恩来负责的中央专案组，审查林彪、陈伯达反党集团的问题。至此，林彪反革命集团被彻底粉碎。
"乒乓外交"
4月10日至17日，美国乒乓球代表团在日本名古屋参加第31届世界乒乓球锦标赛后，受中国邀请，访问我国。这是新中国成立以来，第一个应邀访问中华人民共和国的美国代表团，它打开了中美两国人民友好往来的大门，成为中美两国关系由敌视走向正常化的重要步骤之一。此事在当时世界上反响较大，被国际舆论誉为"小球推动大球"的"乒乓外交"。
自从新中国成立以来，美国政府就采取了敌视中国的政策，不承认中华人民共和国。可是到了60年代末70年代初，世界形势和国际政治格局发生了深刻变化。一是美苏两个超级大国的争霸出现了苏攻美守的局面，其军事力量的对比正朝着有利于苏联的方面发展；二是苏联在中国周边地区加强军事部署，构成对中国的直接军事威胁，中苏关系趋于紧张和恶化；三是随着发展中国家纷纷加入联合国和中华人民共和国的国际地位不断提高，美国操纵联合国干预国际事务的困难愈来愈大。特别是美国侵略军在越南战场不能取得胜利，而且愈陷愈深，国内反战情绪日益高涨，社会矛盾更加尖锐，美国政府不得不到谈判桌上寻找出路。所有这些变化，直接促使美国政府不得不调整它的全球战略，改善对华态度与对华关系。1969年1月，尼克松入主白宫后，开始寻找一条使美国"体面"地从越南战场脱身的办法，同时也着手调整对华政策，并努力寻求打开中美关系大门的途径。而此时越南战火和中苏关系恶化也促使中国领导人审时度势，当机立断，考虑使用谈判手段，使越南人民早日取得胜利，同时改变中国在苏联军事威胁下两面受敌的不利状态。中美关系走向缓和的客观条件逐渐形成。于是，尽管国内一片"文化大革命"轰轰烈烈的气氛，但在外交方面却独树一帜，取得了丰硕成果。而积极努力争取对美关系的改善即是其重要的开端。
3月28日，第31届世界乒乓球锦标赛在日本名古屋举行。在毛泽东和周恩来的亲自过问下，中国决定派队参加。这是中国自"文化大革命"以来第一次派团参加世界性比赛。这本身就具有重要意义。对中国乒乓球队赴日参赛，日理万机的周恩来总理事无巨细、关怀备至。他特别关照代表团应把此次参赛作为恢复对外联系，争取友谊的机会，并亲自规定了万一与美国队接触时应持的态度和原则。
果然不出周恩来所料，参赛的美国乒乓球队主动和中国乒乓球队接触，希望到中国访问。中国乒乓球代表团负责人赵正洪、宋中立即向国家体委报告这一情况。中国外交部和国家体委的有关同志就这一问题进行了热烈讨论。多数人认为，现在邀请美国乒乓球队访华还嫌太早，应当首先让有影响的记者或政治家来访。但也有少数人从另一角度看待这一问题，他们认为，现在邀请美国队访华，有利于出现中美两国人民友好交往的势头。最后，外交部和国家体委根据多数人的意见，拟就了一个关于不邀请美国乒乓球队访华的报告送周恩来批示。周恩来同意了这份报告，但又在旁边加进了这样一段话：可留下他们的通信地址，但对其首席代表在直接接触中应表明，我们中国人民坚决反对"两个中国"、"一中一台"的阴谋活动。因为此事关系重大，4月4日，周恩来将报告呈送毛泽东下最后决心。
毛泽东不愧为一位高瞻远瞩的战略家，他经过多方面的思考，终于在距比赛最后一天4月7日凌晨做出了一个不同凡响的最后决定：为满足美国乒乓球队的要求，邀请他们同其他四国乒乓球队一起访华。这是一个石破天惊的大胆决策。因为这次邀请不仅是为了促进中美两国运动员、两国人民之间的友好关系，而且它还以一个大的跳跃，回答了美国方面一个时期以来对中国采取的一系列表示愿意改善关系的姿态，而通过乒乓球队来打开中美之间交流的闸门可以说是外交史上的一个创举。
为了贯彻毛泽东作出的历史性决策，周恩来立即组织有关人员拟定接待包括美国在内的各国乒乓球队来访的方案。为此，他专门找黄华和章文晋进行了谈话，作出周密的部署。其主要精神是：（1）邀美国球队访华这对于打开中美关系的局面是一个非常好的时机。从这个意义上说，接待美国队来访的政治意义大于体育意义。（2）对各个队的接待工作要保持一定的平衡，但重点放在美国队。（3）在接待中我们要热情主动。除把比赛组织好外，同时要把他们的生活搞好。还要组织参观游览，让他们好好看看新中国。
中国邀请美国乒乓球队访华的消息震动了世界，其新闻价值超过了正在莫斯科召开的苏共24大的分量。一时间，世界各大报纸都在其显著版面以最快的速度予以报道评论。当时，最感惊讶的是远在大洋彼岸，正在为接近中国绞尽脑汁的尼克松和基辛格。惊喜之余，尼克松叹道："我从未料到对华的主动行为会以乒乓球队访问的形式求得实现。"华盛顿高层决策者马上得出结论：中国对美国乒乓球队的邀请，是对美国政策制定者一个充满含义的微妙示意。这绝不是一段孤立的插曲，而是盼望已久的重大外交进程的序曲。
10日晚10点，美国乒乓球队由广州飞抵北京，受到了中国有关方面的热情欢迎。他们在北京游览了天安门广场，访问了清华大学，登上了万里长城，参观了"文革"中关闭了几年的故宫（经周恩来批示重新开放，美国队成为第一批参观的外国客人）。并于4月13日在首都体育馆同中国乒乓球队进行了一场友谊比赛。这些活动增进了两国运动员和两国人民之间的了解与友谊，同时也为两国政治家借机进一步改善关系创造了良好的气氛。而在这一系列活动的背后，都是由周恩来在第一线亲自指挥的，甚至连中央人民广播电台、北京电视台关于中美乒乓球队友谊赛实况转播稿，也都经过周恩来仔细审阅并加以删改。
14日，"乒乓外交"进入高潮，中国总理周恩来在人民大会堂亲切会见了正在中国访问的加拿大、哥伦比亚、英国、尼日利亚及美国乒乓球代表团。当然，中国着眼的重点是在美国人民和美国政府身上。这是中美两国领导人心里都十分清楚的事情。
周恩来说，中美两国人民过去的往来是很频繁的，以后割断了一个很长的时间。"你们作为前来中华人民共和国访问的第一个美国代表团，将会得到两国大多数人民的赞成和支持。"周恩来的讲话，受到美国代表团成员的热烈鼓掌欢迎。美国代表团团长、美国乒乓球协会主席格雷厄姆·斯廷霍文和他的成员们高度赞扬中国人民的热情友好，并对美国乒乓球队能够访问中国表示由衷的高兴与感谢。
在与美国乒乓球队员的交谈中，周恩来以其杰出的外交才能和艺术，回答了美国乒乓球队员格伦·科恩关于美国"嬉皮士"的提问。在科恩看来，在中国这个最革命的国家，听它的总理评价"嬉皮士"，一定会听到那种对"资产阶级的"、"颓废的"、"没落的生活方式"之类的训词。出人意料的是，周恩来并没有用革命大道理训人，而表现出十分理解当代青年的思想。周恩来说：世界的青年们对现状不满，正在寻找真理。在思想发生变化的过程中，在这种变化成型之前，会出现各种各样的事物。这些变化也会以不同的形式表现出来。这是可以容许的。各种思想都要通过实践检验一下。我们年轻的时候也是这样，所以我们懂得青年人的心理：特别好奇。别的国家的青年来访问时，我们发现他们不一定和你们同一派，但是我们看到也有这样形式，比如留长头发等等。周恩来的这番话，不仅使科恩及其队友们佩服，而且第二天几乎被所有的世界大报与通讯社报道。4月16日，科恩的母亲从美国加州威斯沃德托人通过香港，将一束深红色的玫瑰花送给周恩来，感谢他对她儿子讲了一番语重心长的话。
14日，尼克松宣布结束已存在20年的对两国贸易的禁令，放宽对中华人民共和国的货币和航运管制等五项措施。
中国方面以派遣和邀请一支乒乓球队作为表明其外交意图的新武器，演出了一场变幻莫测的外交话剧，实在是出乎各方的意料之外。从此，国际政治领域诞生了一个新奇的名词："乒乓外交"。这一乒乓小球的转动，带动了整个世界这个"大球"的转动，引起了国际形势的连锁反应，从而使中国外交更充满了活力，并且开始在国际舞台上占据了一个有利的地位。
首先，从对美关系来看，在这场微妙的政治乒乓球赛中，中国方面以其精湛的技艺跃过"华沙会谈的球网"，直接把和解之球，打到美国一方的球台上，在美国人民和美国政府中都得到了良好的反响。其次，从对日关系的角度来看，一方面中国乒乓球队赴日参加世乒赛，增进了中日两国的民间交流，扩大了中国的影响，从而使日本政府感受到日益增长的来自民间的要求同中国改善关系的压力；另一方面，中国方面出其不意地邀请美国队访华，也使日本政府在改善对华关系方面有了一种紧迫感。此外，在对苏关系方面，中国通过"乒乓外交"，在苏共即将召开二十四大之前，打出了中美接近的这张牌，就不能不使苏联领导人在制定其强硬的对华政策方面有所顾忌，因为苏联最为担心的就是美国和中国的和解。
总而言之，中国通过这场"乒乓攻势"，不仅使中美关系出现了巨大的转机，而且有力地加强了自己的国际地位，打开了国际战略格局发展的可能性。它表明中国在经历了5年"文革"磨难之后，开始谨慎地向西方世界伸出了触角。加拿大和意大利已经承认了中国，美国和日本的对华政策正在出现积极的变化。而这一切对于中国早日实现重新在世界舞台发挥应有作用的愿望具有十分重要的战略意义。从这个角度来讲，毛泽东和周恩来联袂导演的这场"政治乒乓球赛"，不仅在中国外交史上写下了光彩的篇章，而且揭开了当代中国外交新的一页。
周恩来同基辛格会谈
周恩来根据毛泽东的决策，指示邀请在日本参加第31届世乒赛的美国乒乓球队访华。在松动中美关系方面，中国以民间的形式走出了第一步。从此，中美改善关系的步伐大大加快了。