周恩来是6月28日离开北京，次日在武汉与从韶山归来的毛泽东汇合。7月1日，周恩来与毛泽东一起抵达庐山。邓小平因腿部骨折不能到会，陈云也请病假未到。这样，周恩来实际上负责操持中央政治局扩大会议的具体工作。在前面几天的讨论中，周恩来认为，1958年的“大跃进”和人民公社是两大新的革命，在取得伟大成绩时必然会带来某些问题。他说：这些问题主要有三条，第一是速度问题，工农业生产在某些地区和部门可能增长较快，但设想每年翻一番不可能；第二是平衡问题，旧的平衡突破了，新的平衡没有建立起来，国民经济的各部门之间失去了综合平衡；第三是质量问题，在“大跃进”的数量增长中，部分产量的质量下降了。周恩来认为，这些问题在北戴河会议以后逐步地暴露出来，党在逐步地认识和解决，这次庐山会议就是要对这些问题全面地认识。周恩来主张把问题都端出来，采取积极的态度。大家不要互相埋怨、互相责备，而要互相督促、互相勉励、互相帮助，只有这样，才能找出解决办法，把事情办好。
1958年8月毛泽东主持的庐山会议显然，周恩来对形势的估计，和与会的大多数人的意见相似，也是符合毛泽东所说的那三句话的。在上庐山的半个月之前，毛泽东曾在关于工农业指标及综合平衡的讲话中提到：“一个时候，我们自己头脑发昏。人的头脑有时候有一点发昏也是难免的，有什么要紧？第二天就清醒了。”这时周恩来插话：“现在人家说中国的数目字不可信了。”毛泽东接着讲：“我们要让中国的数目字可信，现在不信，以后还是要信的。”毛泽东说到自己有片面性，只注意高炉、平炉的生产设备能力，周恩来也赞同：“主要是小高炉和小转炉。”毛泽东觉得虽然如此，并不可怕：“过去开了那么大的腔，现在要想一个办法转过来……这一套我们从来没有搞过。我们过去历来搞的是革命，没有搞过建设。这不是指三委、各部，他们是专家，而是说我们多数人没有搞过建设。各省委书记没有搞，我也没有搞，因这顾不过来。去年北戴河会议以后才搞这些事。我到井冈山，头一仗就打败仗，从这里学到了好经验，因为吃了亏嘛。现在的问题不是怪这个怪那个……我们历来是这样。出了乱子，共产党一抓就好了。”这可以说是毛泽东上庐山的初衷。（《毛泽东在江西》，中共党史出版社）
刚上庐山，毛泽东在讲到形势时仍然是这样：“国内形势是好是坏？大形势还好，有点坏，但还不至于坏到‘报老爷，大事不好’的程度。八大二次会议的方针对不对？我看要坚持……对去年的估计是：有伟大成绩，有不少问题，前途是光明的。缺点只是一、二、三个指头的问题。”
在庐山会议前期，周恩来也是本着这种精神开展工作，一个一个地解决问题。从7月10日到12日，他接连三次召开财政问题座谈会，针对1959年上半年出现的财政赤字，他提出了七条解决措施。
就在周恩来进行调整的过程中，彭德怀上庐山来了。7月14日，他给毛泽东写了一封信。信中陈述了他对1958年以来“大跃进”中的错误和经验教训的看法，指出了中肯的意见。庐山的和谐气氛开始逆转。其实在写信之前，彭德怀在庐山的大会小会上已作过多次发言或插话，其锋芒毕露，言辞尖锐，虽经出于好意的工作人员在整理简报时作了处理，特别是删掉了在小组会发言中最尖锐、直接涉及毛泽东的词句，但山上的好事者和护短的人不少，估计毛泽东不会不知道。比如这样的话：“要找经验教训，不要埋怨，不要追究责任。人人有责任，人人有一份，包括毛泽东同志在内。‘1070’是毛主席决定的，难道他没有责任！我也有一份，至少当时没有反对。主席最伟大的地方在于能及时发现问题，弯子转得快，如果没有郑州会议，经济会被破坏；毛主席与党在中国人民中的威信之高，是全世界找不到的，但滥用这种威信是不行的；现在是不管党委的集体领导的决定，而是个人决定，第一书记决定的算，第二书记决定的就不算……”
从毛泽东的工作人员那里，周恩来也听到有关毛泽东的一些动向。毛泽东办公室里的灯，经常亮到子夜，可是里面并不见人。毛泽东过去开会总要轮流找各路“神仙”谈话。自从彭德怀开炮后，他约人谈话的次数少了。时常面色阴沉地一个人关在屋子里看书，或者坐在阳台上对着残阳抽烟。夕阳西下时，他独自在竹林里徘徊，或者绕着喷水池，反剪着双手来回踱步。有时，周恩来到“美庐”请示工作，常见毛泽东坐在藤椅上发愣。他可能感觉到毛泽东正在下什么决心，因为他那种沉闷的态势，周恩来还是在打三大战役前决策时见过。
事也凑巧，本来彭德怀想将他的种种看法，当面找毛泽东谈谈，可毛泽东的卫士告诉彭德怀：主席昨晚一夜没有睡，刚刚躺下。彭德怀只好怅然而归。在战争年代，彭德怀为了紧要事情，曾经排开警卫人员的阻拦，掀过毛泽东的被窝。那时毛泽东并不怪罪，总是急急披衣起坐，谈完要谈的事情，有时候还笑着说：“只有你彭德怀才会有人家睡觉的时候进来提意见！”可现在不是当年了。从彭德怀住的176号到毛泽东住的180号，走林阴甬道不过200米，但是一次面谈的机会却失掉了。
很显然，彭德怀的发言和后来的上书，在对毛泽东的个人崇拜和迷信已经很盛的情况下，是很不合时宜的，引起了毛泽东的极大不快，甚至联系到彭德怀的历史；怀疑到彭德怀的用心。16日，毛泽东把彭的信印发给了会议讨论。这一天，他还召集刘少奇、周恩来和朱德三位政治局常委开会。
“昨天收到彭德怀写给我一封长信，我加了个标题，印发各同志参考。印发下去后，大家评论一下这封信的性质。”毛泽东望望周恩来，“如果林彪同志身体还可以，也请他来，恩来同志，由你通知他吧。”
根据毛泽东的意见，党委会决定：将会议延长一周左右，让与会者把意见都讲出来。另外，通知林彪、彭真、薄一波、黄克诚、安子文等人上山。
庐山已经有点火药味了。
但晚上的舞会还照常举行。当时这里还没有舞厅，只能在一座小教堂里进行。毛泽东一般都是请东道主水静先跳，一两个曲子后再换别人。他的舞姿如同散步一样，没有太多的规矩。周恩来一般总是轮番请李先念夫人林佳楣、曾希圣夫人余叔、水静等跳。他的舞姿潇洒，飘然如风，最为精彩的是跳快三步，这也是他最喜欢的一种舞姿。这一天，周恩来和邓颖超去参加舞会，舞曲一停，坐在一旁的毛泽东的秘书李锐已经隐约听到了不利于彭德怀的风声，他怀着不安的心情，问周恩来：“总理，你认为彭总的信怎么样？”
周恩来当然看过彭德怀的信，随口说道：“那没有什么吧！”
在周恩来看来，彭德怀的信，是一种正常情况。而且，他的思想是和彭德怀相通的。他曾经对身边的同志讲过：彭总的信反映了一些实际情况。
7月17日，按照新的分组开会，开始讨论彭德怀给毛泽东的信。会上，传达了刘少奇、周恩来16日在政治局常委会上讲话的精神。刘少奇的意见是，成绩要讲够，缺点要讲透，干劲要鼓足。周恩来则算了一笔账，说虽然补贴了40亿，但是取得了经验，争取了时间，大大提高了我国钢铁生产的设备能力和缩短了投入生产的时间，小土群为小洋群作了准备，小高炉为大高炉作了准备。“两小”充分利用了分散的煤铁资源。钢铁账要算。但既要算经济账，也要算政治账；既要算现在的盈亏账，也要算将来的盈亏账。只能两条腿走路，不能一条腿走路。
7月23日一大早，临时通知开全体大会。上午，毛泽东亲自到会，坐在主席台中央的位置。当一截烟快要熄灭时，毛泽东发言了。他的讲话，有时看起来很随意，却往往蕴含着无穷的意味。这次他又以随便的口气开始，但一开口就使人觉得不一般：
“你们讲了那么多，允许我讲点吧，可以不可以？吃了三次安眠药，睡不着。”
在毛泽东这篇近三个小时充满愤激之情的讲话中，对彭德怀等人进行了猛烈的抨击，也联系到反冒进，说他们重复了1956年下半年、1957年上半年犯错误的同志的道路：“那时的反冒进，就是资产阶级的冷冷清清凄凄惨惨的泄气性、悲观性。我们不戴高帽子，因为这些同志与右派不同，他们也搞社会主义，只不过是没有经验，一有风吹草动就站不住脚，就反冒进。”毛泽东欣慰的是，“那次反冒进的人，这次站住脚了。如周恩来同志劲很大，受过那次教训，相信陈云同志也会站住脚的。恰恰是那次批评他们那一部分人，这次取他们的地位而代之。不讲冒了，可是有反冒进的味道。比如说‘有失有得’，‘得’放在后面是经过斟酌了的。”其实信的原稿是写的“有得有失”，秘书在抄写时给写倒了。彭德怀对此从没怪过秘书，只是自己承担责任。毛泽东情绪颇为激动，说道：“我为什么现在不硬着头皮顶住了呢？20天了，快散会了，索性开到月底。马歇尔八上庐山，周恩来三上庐山，我们一上庐山，为什么不可以啊？有些权利。”毛泽东在作自我批评时是比较冷静、客观的：“1958年、1959年主要责任在我身上，应该说我。过去责任在别人，总理、陈云，现在应该说在我，实在是一大堆事没管。‘始作俑者，其无后乎。’我无后乎，一个儿子打死了，一个儿子发了疯。”毛泽东还联系到周恩来，说：“至于党不管党，计划机关不管计划，不搞综合平衡，搞什么去了？根本不着急，总理着急，他不急。人不着急，没有一股神气，没有一股热情，办不好事情。”从中看出，毛泽东对南宁会议后的周恩来的工作是肯定的，这次庐山会议也觉得周恩来是站在自己一边的。
对于彭德怀等人来说，毛泽东的讲话真是如雷贯顶，不知所措。散会时，彭德怀匆匆离开了会场，但刚刚走出不远，就被周恩来派人叫去开会。他回过头，看到毛泽东正与其他人一起向这边走来，彭德怀迎上前去，对毛泽东说：“主席，那封信是我写给你作参考的，为什么把它印发了？”
毛泽东回答：“你也没有讲不要印发嘛。”
一向不善言辞的彭德怀无言以对，默默地走开了。
毛泽东的这篇讲话，成了庐山会议的转折点。此后，会议的主题和方向，都发生了重要的变化，批彭的调子一步步升级。
但在周恩来住处召集的彭德怀等几位副总理开会时，周恩来还在谈形势的困难，还在安慰彭德怀。
周恩来说：“9000万人上山，1070万吨是一个革命。2700至3000万吨则根据不多，现在落实到1300万吨。”（参见谷牧：《回忆敬爱的周总理》）
彭德怀仍沉浸在毛泽东的讲话中，他的情绪有些抵触，他解释了自己写信的动机和考虑，表达了对受到错误批评的不满。
在周恩来看来，彭德怀的“问题”远没有他当时反冒进那样严重。
中午，彭德怀回到自己住处，和黄克诚一起用餐。两个人相对无言，谁也没说一句话。黄克诚只吃了几口饭，把碗一推，站起来走了。彭德怀更吃不下，在餐桌前坐了片刻，也放下碗筷离席而去。回到自己办公室，彭德怀坐在写字台前，点燃一支香烟，吸两口，熄灭。接着，又点上一支，又熄灭，丢进烟灰缸。他把桌上堆积的文件，拿过一份，信手翻两页，看不下去，又把它丢在桌上。整整一个下午，纷乱、烦躁、委屈和愤愤不平的情绪折磨着彭德怀。（《黄克诚自述》）
23日以后，彭德怀就再没到餐厅同大家一起吃过饭，他的心情自然非常沉重。23日晚上散步时，他遇到聂荣臻，聂荣臻问他对毛泽东讲话的感想，他说：“是非曲直由人断，事久自然明吧。”这是他对过去许多历史误会一贯持有的态度。聂荣臻劝他认真考虑，要作检讨，对党有利。彭德怀心里很矛盾：毛泽东讲得那么严重，不作检讨是不行的，否则转不过来。但要全部否定自己，也觉得不合实际。他请了两天假，反省过去的种种问题，尽管内心矛盾重重，26日，他还是违心地作了检讨。
彭德怀的老战友朱德元帅在23日下午参加第一组的讨论，他第一个发言，但并没谈彭德怀的错误，直到25日他在第四组作较长的发言，才提到对彭德怀信的看法：“高级干部有不同意见，无论如何要搞清楚。把问题搞清楚了，统一了认识，以后的事情就好办了。主席过去批评我空洞的乐观主义，现在可以说是落实的乐观主义。彭德怀的信虽然没有直接说出悲观失望，但是他把缺点错误说重了。这不合乎事实。彭总的一个特点，是容易固执己见。如果是正确的，当然要坚持；是错误的，就要接受批评，改正错误。彭德怀的信起了好作用，但看法是错误的，应当利用这个机会，好好检查一下自己，对某些缺点看得太严重。”他最后说：“彭总有一股拗脾气，今后应该注意改掉。彭总在生活方面注意节约，艰苦卓绝，谁也比不过他。彭总也是很关心经济建设的。只要纠正错误认识，是可以把工作做得更好的。”
在26日彭德怀检讨后，朱德好像自己卸下一副重担，宽慰地说：“彭总发言的态度是好的。我相信他是畅快的。彭总的发言中有一句话，‘江山易改，本性难移’，这是农民意识。在座的天天向前进，哪有不改的！他的主观性、片面性就是这样来的。大家对彭总的批评是对的，彭总今天对大家的批评也比较听得进去了。过去就听不进去，谈起来就吵。我相信经过这次会议，统一了思想，统一了认识，就不会把错误当作包袱背起来了。”很明显，朱德也把此事看得轻淡了。
事实上，形势并不像周恩来、朱德估计的那样乐观。
