7月4日，毛泽东致电金日成，电文开宗明义指出：我方是此次谈判的主人，对外则以朝鲜人民军为主，谈判第一线由李克农主持。同时，他还指派柴成文为中国人民志愿军联络官。7月5日，李克农的谈判班子从北京站启程赴朝。7月6日上午，金日成接见了李克农、乔冠华、柴成文一行。随后他们和朝鲜同志组成了“中朝代表团”，于当天傍晚动身出发，7日凌晨便抵达汉城。接着他们又经过了一天的紧张筹备，完成了预期的各项准备工作。第二天上午，谈判双方便召开了首次联络会议。7月10日上午10时，正式谈判便在开城来凤庄(后改在开城东南８公里处的板门店)拉开了序幕。按照中朝两国协议，朝鲜停战谈判由李克农幕后主持，掌握全盘，乔冠华协助。因为对外以朝方为主，他们两人不露面，因此出于安全保密考虑，按照中国人的习惯给代表团和李、乔分别规定了代号，称代表团为“工作队”，称李克农为“李队长”，称乔冠华为“乔指导员”。

李克农作为中国党和政府的特派代表，实际是谈判中我方代表团的总指挥和最高负责人。他根据毛泽东、周恩来的指示，在与朝鲜党和政府联系协商后，全权处理谈判中的各种问题。而公开出面谈判的则是朝鲜人民军的南日、李相朝和志愿军的邓华、边章伍等。代表团的工作程序是这样的：一线由南日、边章伍等负责直接出面谈判；二线由乔冠华、柴成文等负责往返联系，并传达和贯彻上面的指示，同时对谈判工作提出具体方案和为谈判代表拟写发言提纲；三线则由李克农负责，直接与中共中央联系并与朝鲜最高层协商，同时掌握谈判工作的方针大计和全部过程。当一线代表谈判回来后，马上向二线汇报当天的谈判情况，研究当天发生的问题，并由乔冠华等写成报告；接着，经李克农审核、修改并提出下一步的方案建议后，立即发报北京。我国国内则由周恩来总理直接掌握并受理，接着向毛泽东主席和中央常委报告。经中央研究做出决定后，当天回电答复李克农。一般，回复于次日天亮时才能收到。回电经李克农收阅后，立即向各有关方面传达、布置。同时将电报转发朝鲜方面，并通报志愿军总部。另一方面，李克农再根据中央的指示，作出下一步谈判的具体方案和决策；再由乔冠华等写出下次谈判时我方代表的发言提纲，交给一线代表在谈判席上一一提出……每天工作就是这样，一环紧套一环，既紧迫又井然有序，并且是夜以继日地连轴转。李克农仅有的休息时间，就是向北京发报后与中央回电之间的一个空隙。这对一个体弱多病的人来说，负担实在太重了!为了能坚持下来，李克农不得不边工作边大把大把地吃药……但他靠着一股共产党人的毅力，硬是挺了下来，一直坚持到了最后。

值得一提的是，在谈判过程中，毛泽东、周恩来和李克农、彭德怀、金日成等，相互之间频繁电报往来。党中央、毛泽东始终关注、控制着谈判局势，牢牢掌握着谈判主动权。在毛泽东、周恩来的全力指挥、导演下，李克农和彭德怀，一文一武，一弛一张；一个谈的耐心，针锋相对丝毫不让；一个打的坚决，毫不手软。谈和打相互配合，文与武反复较量，双方斗谋斗力，斗智斗勇，几经周折，其间还曾多次出现敌人突袭我军和谈判人员驻地等流血事件。最后，经过两年多的唇枪舌剑及“大炮、炸弹和机关枪的辩论”，双方终于在1953年7月27日达成并签订了朝鲜停战协议。协议签字生效这一天，李克农一直处于高度的亢奋状态。连续几个晚上，他躺在床上浮想联翩，辗转难眠，多次流下激动的泪水。

1962年2月12日夜，当张爱萍惊悉李克农因患脑溢血不幸去世的消息时，悲思涌动。他辗转床，终于披衣而起，然后铺纸挥毫，作诗志哀：“‘铁虎’原来是纸虎，板门店里伏山姆；毕生探囊忘己生，无名英雄足千古!”诗中所叙，正是李