周恩来得知消息后，也感到很突然。他立即拨通了中央办公厅的电话，指示：马上通知在京的政治局委员、候补委员，务必出席陈毅同志追悼会；通知宋庆龄副主席，通知人大、政协、国防委员会，凡是提出参加陈毅同志追悼会要求的，都能去参加。接着又拨通外交部的电话：请转告西哈努克亲王，如果他愿意，请他出席陈毅外长追悼会。然后，周恩来乘车急速赶在毛泽东之前到达八宝山休息室，激动地通知陈毅夫人张茜：毛主席要来，并安慰她“要镇静些”。

　　毛泽东到达追悼会会场的时间很早，除了陈毅家属和周恩来外，还没有多少人到达。毛泽东一下车便要见张茜及其子女。看着神情悲切的张茜，毛泽东潸然泪下，他说：“我也来悼念陈毅同志嘛！陈毅同志是个好同志。”还说：“他是个好人。”在询问了陈毅几个子女的近况后，毛泽东勉励道：“要努力奋斗。陈毅同志对中国革命和世界革命是作出了贡献、立了大功劳的，这已经作了结论来。”张茜表示很感谢，并真诚地请求毛泽东提前回去。毛泽东微微摇头，说：“不，我也要参加追悼会，给我一个黑纱。”工作人员拿来了一块黑纱戴在了他的大衣袖子上。一些党和国家领导人如朱德、宋庆龄等陆续到达会场，正在北京的西哈努克亲王夫妇也被“特别邀请”出席，追悼会的规格明显地提高了。

　　追悼会由李德生主持，周恩来致悼词。毛泽东左臂戴着黑纱，站在前排，他高大的身躯略微前倾，静静地听着悼词。１５００多人的会场被哀痛的气氛所笼罩，人群里不时传来呜咽声。致完悼词，毛泽东向党旗覆盖下的陈毅的骨灰盒深深三鞠躬，深情凝视着陈毅微笑着的遗像，仿佛在思索着什么，然后才慢慢地离去。追悼会结束后，毛泽东再一次握着张茜的手，久久不肯放下。张茜搀扶着他，一直把他送到车前。毛泽东几次迈步都登不上车，他的腿明显无力，不得不依赖工作人员的帮助才勉强登上车。

　　第二天，《人民日报》等报纸都在头版用整版篇幅刊登有关陈毅追悼会的报道，同时发表陈毅遗像、周恩来所致悼词和西哈努克亲王写的悼文。此后近一个月里，新华社又连续播发了一些外国政要和友好人士的唁电、唁函等，悼念陈毅的活动及其影响大大超出了预定范围。

　　从２０世纪５０年代末开始，毛泽东的崇高地位日益强化。从１９６３年以后近１０年时间里，毛泽东都没有参加过任何的悼念活动。毛泽东出人意料地参加陈毅追悼会，从表面上看有一定的突然性，但这实际上是他心灵深处隐藏着的一种自责和悔恨的流露。经过“文革”几年的冲击和混乱，特别是１９７１年林彪事件的强烈刺激，毛泽东认识愈加清楚，他陷入了极大的痛苦和失望之中，又一次进行了极为沉重的反思。他决定抱着重病之躯参加陈毅追悼会，这既是对死者的一种悼念，也是对生者的一种安慰。毛泽东这种显然包含着歉意的举动，很有象征意义。它给全国发出一种“暗示”：广大老干部包括对“文革”有严重抵触情绪的干部是好的，应当适时给予“解放”和平反。这对于在“文革”中被打倒或受到错误批判的老干部们来说，是企盼已久的“信号”。周恩来在不久后的一次会议上感慨地说：“毛主席参加陈毅同志追悼会，使我们这些老干部，使我们忠于主席的人，都很感动。”

　　这也是毛泽东最后一次出席悼念活动，与以往的亲视含殓、吊唁、遗体告别不同的是，他正式和完整地参加了陈毅的追悼会，可以说在新中国成立后独此一例。但不幸的是，在遭受林彪事件沉重精神打击后，在健康状况迅速恶化的情况下，毛泽东冒着严寒出席陈毅追悼会后不久病情即“急遽变化”，２月１２日发生了休克，“经过这次重病以后，毛泽东的健康状况再也没有得到恢复