1983年9月25日，张爱萍在人民大会堂前，举行隆重仪式，欢迎美国国防部长温伯格及其夫人一行，并陪同他检阅了三军仪仗队。

在双方的首次会谈中，被视为“鹰派”的温伯格起初并没把中国放在应有的战略位置上。第二次会谈时，张爱萍单刀直入：“如果美国到亚洲打仗，你对中国的作用有什么高见？”温伯格不得不承认：“你们当然处在举足轻重的位置上。”

1984年6月9日，张爱萍应邀回访美国，走进了五角大楼。美方以最高的军事礼遇迎接中国军事代表团。

在次日的会谈中，双方就军事技术合作的原则和意向，达成了一致。会谈结束后，温伯格给了张爱萍“一个意外的惊喜”——几位衣着整齐的美国老人，向张爱萍走来，其中一位身材魁梧的老者恭恭敬敬地行了个军礼：“救命恩人，您还记得我吗？”张爱萍认出，他就是当年自己指挥新四军营救的5位美国飞行员中的小队长萨沃埃。随后，温伯格把张爱萍请到新闻发布会现场，动情地介绍说：“41年前，张部长为中美关系史写下了极其珍贵的一章，他今天的来访是在续写新篇……”

6月12日上午，张爱萍一行拜会了里根总统。但紧接着，一个意外发生了。

此前，中美两国正在筹备核能合作方面的协定。其间，美方声称在巴基斯坦的浓缩铀加工厂里“发现了中国人”，并据此认定“中国在帮巴制造核武器”。中国政府曾多次以铁的事实加以驳斥，但美方还是纠缠不休。6月12日下午，美国国务卿舒尔茨在与张爱萍的会面即将结束时，又把话题扯到“中国帮巴制造核武器”问题上，并指使副国务卿达姆与张爱萍进行交涉。达姆称，希望中方对此有一个更为具体的说法，还递给张爱萍一份文件，里面写有当天的会议记录，希望张爱萍签字表示认可。

对此，张爱萍礼节性地回应说：“我国政府没有授权我来谈这个问题，我也无权接受这个文书。”达姆却威胁说：“如果这个问题得不到贵国政府的进一步保证，就会直接影响美中的核能合作。”

张爱萍闻言，勃然大怒：“我们是出于友好的目的来拜会舒尔茨国务卿，副国务卿竟然提出了这样一件事，毫无道理。”说罢，他将面前的文书掷了过去：“请你转告舒尔茨国务卿，在与他进行友好会见后，发生了这样令人不愉快的事情，是令人遗憾的。我告辞了。”说罢，便拂袖而去。

此事很快传了出去。世界各大媒体相继加以报道，有些媒体别有用心地称张爱萍“大闹美国国务院”。

事实上，张爱萍美国之行还是较为顺利的。6月13日，他和温伯格签署了《两国军事技术合作协议》。这是中美两国签署的首个军事技术合作协议，为中国打开了引进军事技术的闸门，也为今后两军的合作走上正轨打下了基础。