“以线换绳”
1967年11月，佐藤首相访问美国，与约翰逊总统会谈后发表了共同声明，“首相和总统同意日美政府在冲绳行政权归还日本的方针下，共同继续就冲绳的地位进行探讨”。日本积极发挥作用以协助美国封锁中国及其在越南的战争，美国在1968年6月之前全面归还小笠原群岛。 (51) 在12月召集的临时国会上，针对社会党议员成田制巳提出“小笠原群岛归还日本后美国是否带入核武器”的质问，佐藤首相明确回答说：“在本土，我们主张无核三原则，即不制造、不拥有、不带入核武器”，但没有阐明冲绳是否包括在内。尽管如此，佐藤因“无核三原则”获得1974年的诺贝尔和平奖。
在1968年7月举行的参议院选举中，自民党减少2个议席，社会党减少8个，公明党增加2个，民社党增加4个，日本共产党增加1个。同年10月，三木武夫为参加自民党总裁选举辞去外务大臣职务，并主张冲绳归还后与本土一样无核化，批判佐藤首相的区别对待政策。但在11月举行的总裁选举中，佐藤战胜三木和前尾繁三郎，第三次当选。在随后进行的内阁及党内人事改造中，佐藤首相任命爱知揆一为外务大臣，福田赳夫为大藏大臣，田中角荣为党干事长。在巩固政权的基础上，实现归还冲绳的目标，但此时日美之间的贸易纠纷骤然激化。
1965年美国的对日贸易变为赤字，其后双边贸易摩擦不断。1968年美国总统选举，尼克松为获得南方选民的支持，在自己的竞选纲领中提出将与日本为首的纺织品出口国签订限制进口协定。尼克松当选总统后，执政的共和党处于少数派地位，仍需民主党南方议员的支持。因此，尼克松上任不久就在1969年4月派商务部长斯坦斯访问东亚，要求各国在毛制品和纤维制品领域签订限制对美出口协定。日本纤维业界立即表示反对，并推动众议院通过了抗议美国对进口纺织品实施限制的决议。 (52)
尽管1969年3月佐藤首相在参议院首次明确表示以无核化的方针与美国谈判归还冲绳问题，但暗中派京都产业大学教授若泉敬作为私人密使前往华盛顿，就冲绳归还与解决纤维贸易纠纷问题试探美方的意图，甚至与美国总统助理基辛格起草了紧急状态下冲绳美军可以带入或储藏核武器以及日本采取对美出口纺织品限制措施的秘密协商议事录。 (53)
1969年11月17日，佐藤首相访美，与美国总统尼克松进行了三次会谈，分别就包括冲绳在内的东亚安全问题、纺织品贸易问题交换了意见。第三次会谈后发表共同声明，包括坚持日美安保条约、韩国及中国台湾的安全对日本极其重要、在不损害美军基地功能的前提下1972年归还冲绳等内容。但在第一次会谈后，佐藤首相与尼克松总统进入总统办公室旁的小房间，两人在两份秘密协商议事录上签了名。 (54)
从美国回到日本后，佐藤首相解散众议院，12月27日举行大选。自民党获得288个席位，加上保守派无所属议员，达到300席。社会党惨败，议席从134个减少到90个，公明党增加到47席，民社党增加到31席，日本共产党也增加到14席。自民党得票率降低，在野党多党化趋势更加明显，相互之间出现联合的动向。但公明党因妨碍出版批判创价学会的书籍遭到舆论批判，在1970年6月宣布与创价学会脱离关系。日本共产党也在同年7月选举宫本显治为该党委员长、不破哲三为书记局长。社会党在同年12月的大会上，选举成田知巳为委员长、石桥政嗣为书记长。
1970年1月，组成第三届佐藤内阁，中曾根康弘担任防卫厅长官。政府在6月22日宣布自动延长日美安保条约，在10月发表战后最初的《防卫白皮书》，同时在继1966年11月决定的第三次防卫力量整备计划大纲之后发表了第四次防卫力量整备计划大纲，确立了自主防卫基础上的专守防卫战略。10月19日，在自民党临时大会上，佐藤击败三木，第四次当选自民党总裁。
与此同时，为加快解决日美之间的纺织品贸易摩擦，佐藤首相在组织内阁时任命“美国通”宫泽喜一代替态度消极的大平正芳任通产大臣，但有关企业组成日本纤维产业联盟，反对限制对美出口纺织品。1970年6月，宫泽大臣在华盛顿与美国商务部长谈判，未能达成协议。1971年6月，日美正式签署归还冲绳协定。日本纤维业界从7月1日开始实施纺织产品对美出口每年限制在5%—6%的增加率，但未获得美国的认可。7月5日，佐藤再次改造内阁，任命田中角荣为通产大臣。但7月9日，美国突然宣布尼克松总统计划访问中国，8月15日尼克松总统宣布“新经济政策”，同时对日本也加大压力，表示如果不签订日美政府间协定，美国不仅单方面实施纤维贸易限制措施，而且还要对汽车及彩色电视机等其他日本产品实施限制。
田中通产大臣加快谈判的过程，在10月15日与美国签署了政府间协定，主要内容为限制期间为1971年10月起3年、限制对象为所有毛纺品和化纤制品、在实行总额限制的同时实施品种限制等。另一方面，田中大臣积极采取救济纤维业界的措施。在佐藤首相的支持下，亲自与大藏大臣水田三喜男交涉，将救济所需2029亿日元的款项编入政府补助预算方案中，既平息了企业的不满，也结束了长达两年半之久的日美纤维贸易纠纷。
在10月召开的临时国会上，执政、在野党围绕归还冲绳协定发生冲突，自民党在众议员特别委员会上采取强行表决方式，“总评”等工会组织发动200万人的抗议罢工。在众议院全体会议上，自民、公明、民社三党通过协定，附带通过无核三原则的决议。1972年5月，政府设置冲绳开发厅、冲绳振兴开发金融金库、冲绳县等。6月17日，佐藤首相表明辞职之意。
尽管1965年4月印度尼西亚举行亚非会议十周年纪念大会时，佐藤首相派遣自民党副总裁川岛正次郎参加会议，并与周恩来总理会谈，达成部长级成员定期会面的原则性协议，但并没有积极改善的行动。另一方面，中国在1966年5月开始进行“无产阶级文化大革命”，意识形态逐渐强化，与日本共产党的关系也逐渐恶化。1967年1月，日本共产党机关报《赤旗》刊登批判中国“无产阶级文化大革命”的文章，两党发生分裂。
受两国政治关系的影响，中日贸易方面也出现波折。1966年5月自民党议员松村谦三为延长廖高贸易协定访华，但未得到中国方面的积极响应。1967年廖高贸易协定到期后未能续签，1968年3月，访华的自民党议员古井喜实等人与中国有关方面签订中日备忘录贸易（MT贸易）协定，期限缩短为1年，以后每年更新协定。
1969年日美首脑发表包括韩国和中国台湾条款的归还冲绳共同声明后，《人民日报》批判“日本已经复活军国主义，其侵略矛头直接对准中国”。1970年4月，松村谦三到北京谈判贸易协定时，中国批判日本复活军国主义，多次指责松村“与佐藤勾结、为佐藤辩护”。在此次谈判中，周恩来总理提出中日贸易四条件，即拒绝与援助韩国和台湾政权、在韩国和台湾地区投资、为美国制造武器弹药、美国合办企业或子公司的工商企业进行贸易往来。因此，三菱重工、帝人、伊藤忠、丸红等大型企业和商社退出中日贸易。 (55)
进入70年代以后，社会舆论要求恢复中日邦交正常化的声音高涨起来。首先在1970年年10月，国会跨党派推动中日邦交正常化议员联盟成立，有379名议员参加，其中自民党90人、社会党30人、公明党71人、民社党30人、日本共产党数人等，会长为藤山爱一郎。公明党在同年12月成立“中日邦交正常化国民协议会”，社会党在1971年2月成立“中日恢复邦交国民会议”，民社党在3月的大会上决定接受中日邦交正常化三原则，在中日邦交正常化过程中以适当方式解除“日台条约”。尽管如此，在1970年11月的联合国大会上，日本与美国共同再次提出“指定重要事项决议案”，将中国阻止在联合国之外。在1971年10月，日本和美国提出将台湾地区驱逐出联合国为重要事项的“逆指定重要事项决议案”，企图保留台湾政权在联合国的席位，但以4票之差遭到否决。相反，有关中国加入联合国的提案以41票之差得到通过。 (56)