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6月12日，在日内瓦会议中持强硬立场的拉尼埃政府垮台。6月17日，在法国国民议会中取得绝大多数选票的激进社会党人、主张迅速结束第一次印度支那战争的皮埃尔·孟戴斯-弗朗斯出任总理组阁。在就职典礼上，他对国会议员们宣布，要在4个星期内，即7月20日之前，在日内瓦就印度支那和平达成协议，如若不成，他将立刻辞职。
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接着，孟戴斯-弗朗斯兼任外交部长，亲自参加日内瓦会议。孟戴斯-弗朗斯和英国外交大臣艾登密切合作，推动了日内瓦会议的进程。6月23日，孟戴斯-弗朗斯和周恩来在瑞士首都伯尔尼会晤，双方就印度支那局势和采取“朝鲜模式”交换了看法，对打破会谈僵局具有重要意义。
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从6月20日起，英、美、法代表团离开日内瓦回国协商，越南代表团暂时留在日内瓦，周恩来回国，在广西柳州由罗贵波和韦国清陪同，与越南人民共和国主席胡志明和越南人民军总司令武元甲进行了8次会谈，向他们耐心地介绍了日内瓦会议的情况，协调双方立场。在谈到要将越南一分为二时，胡志明和武元甲一开始难以接受，尤其是在越南人民军已经赢得了战场主动权和奠边府大捷的情况下。武元甲甚至表示，如果坚持要分割越南，那还不如继续把战争打下去，法国终会屈服。周恩来耐心地向他解释了国际形势的复杂性，美国绝不会坐视法国的全面失败，奠边府战役虽然失败，但法国远征军并没有完全崩溃，尤其应看到在红河三角洲和湄公河三角洲，他们还有很强的战斗力，如果硬碰硬，对越南人民军不利，退一步说，即使越军以重大代价继续进行下去，把法国逼到绝境，那么美国和英国很可能为了维护西方国家的尊严，联合干涉第一次印度支那战争，那么战争结束就真是遥遥无期了，而且也白白浪费了奠边府大捷给东方阵营带来的正面效应。所以，应该积极争取在日内瓦会议上有所作为，争取结束战争，首先保住北方。留得青山在，不怕没柴烧。南方待日后再解放。
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虽然很痛苦，但胡志明和武元甲还是做出决定，放弃“就地停火、稍加调整和等待普选”的原则，使中越双方就日内瓦会议的基本原则取得一致意见。柳州会谈后，越南劳动党中央给日内瓦的越南代表团团长兼越南总理范文同发去了《七五决议》，规定越南代表团在日内瓦会议中的指导思想是：采取积极推动的方针，不应消极等待——在越南，争取在北纬16°线作为分治线，如对方不肯让步，也可以在北纬16°线基础上小作让步；在老挝，把桑怒和丰沙里两省划为巴特寮武装的集结区，在柬埔寨争取政治解决。
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和胡志明一样，范文同在接到《七五文件》时也难以接受。割舍北纬16°以南的越军控制区，尤其是西原战场的阮明洲捷报频传——先是解放昆嵩，继而席卷安溪，吃掉了法军第100机动团，迫使法军龟缩在波莱古，控制了西原90％的地区——这是继奠边府大捷后越南人民军又一次大胜，在这样的情况下，他更不愿意放弃先前的立场。
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7月11日，日内瓦会议复会，范文同又重弹北纬15°甚至14°分界的老调，连急于结束第一次印度支那战争，兑现自己诺言的法国反战派领袖、法国总理兼外长的孟戴斯-弗朗斯都受不了，态度陡然强硬，反过来向范文同提出把分界线划到北纬18°。双方互不相让。消息传到法国，法兰西民众的民族荣誉感被点燃，反战声音一下子消弭不少，主战派甚嚣尘上，蠢蠢欲动。美国也对进行了一个多月依旧无果的会谈失去了耐心，艾森豪威尔责成五角大楼拟订计划，一旦日内瓦谈判破裂，即着手干涉印度支那，即便没有英国联合，美国也决心单干。一时间，战争阴云笼罩日内瓦，会谈有破裂的可能。
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7月12日，周恩来回到日内瓦，与范文同进行彻夜长谈，他以朝鲜战争为例，一旦美国介入，印度支那问题会高度复杂化。谈到分治问题，周恩来以“皖南事变”的教训和抗战结束后解放军撤出苏南、加强东北和山东的经验，向范文同指出了战争中进退的辩证关系。具体到印度支那，周恩来指出用北纬16°以南的解放区换取法军固若金汤的红河三角洲，这是一件很划算的事。如果派兵攻击，越方一定会付出更大的牺牲。战争有时并不仅仅是交兵问题，更应该从政治角度考虑，在双方军事实力处于势均力敌的情况下，应利用现有的战场优势，在对手可承受的范围内争取自己的最大利益，而不是完全无视对手可承受范围漫天要价，不顾会谈崩溃后其不堪设想的后果。周恩来一说红河三角洲就触动了范文同那根敏感的神经——自从1946年12月越盟失去河内和海防，退进山高林密的越北根据地起，到今天已经7年了，在这7年时间里，越盟哪年不曾努力试图收复红河三角洲，可有一次成功么？永安、冒溪和宁平流的血还不多么？想到此，范文同眼睛湿润了。
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这一夜，是日内瓦会议中最重要的夜晚，周恩来成功说服了范文同按照《七五决议》的原则和孟戴斯-弗朗斯谈判。7月13日上午，几乎是彻夜未眠的周恩来会见了孟戴斯-弗朗斯，向他指出，让步是双方的，只要法国肯做出一定让步，越盟也会退让的。周恩来要求他从战略角度出发，综合考虑一下北纬16°线的分治。
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次日，越法双方再度会谈，双方各退一步，作为折中（越南提出至少以16°线，法国提出至少以18°线），最终同意以北纬17°线作为临时分界线，老挝和柬埔寨也达成了停火协议。
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7月21日，双方举行了最后一次会议，签署了日内瓦会议关于恢复印度支那和平的协议，这项协议包括会议的“最后宣言”和3个停战协定，并以法国、老挝、柬埔寨政府分别发表的6个声明做为最后宣言的附件。
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日内瓦协定的主要内容有：
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1．在北纬17°线以南、9号公路稍北划出临时分界线。线北是越南人民军集结区，以南为法国远征军集结区，在此线两侧5千米内为非军事区，隔离交战双方。老挝停战协议规定，巴特寮武装集结在桑怒和丰沙里两省，等待政治解决。柬埔寨停战协议规定，停火令颁布后，30天内，高棉抗战武装就地复员。
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2．成立“联合委员会”和“国际委员会”这两个平行机构，监督停战协议实施。前者由越南人民军和法国远征军司令部同等人数的代表组成，后者由印度、加拿大和波兰代表组成，由印度代表出任主席。
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根据日内瓦会议的最后宣言，日内瓦会议与会国保证尊重越南、老挝和柬埔寨三国的民族独立、主权和领土完整。法国军队将从印度支那三国撤军，但经双方协议留驻的少数规定地点则不在此限。越南将在1956年7月举行全国自由选举，老挝和柬埔寨将在1955年内举行自由选举，印度支那三国保证不在本国领土上建立任何外国军事基地，并保证不参加任何军事同盟或军事协定。
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1954年10月10日，越南人民军第308大团102团开进河内。
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中国、苏联、英国、法国、越南、老挝、柬埔寨代表都宣布同意“最后宣言”。唯有美国代表、副国务卿史密斯宣布，美国不参加“最后宣言”，表示美国政府将遵照联合国宪章第二条第四款，不使用武力破坏“最后宣言”，但同时宣称要防止任何侵略再起（史密斯指的是在必要情况下出手维持南越的“独立”，阻挠北越的统一），这为第二次印度支那战争的爆发埋下了伏笔。
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1954年7月21日，法国、越盟、老挝和柬埔寨签署了日内瓦协定，历时8年之久的第一次印度支那战争正式宣告结束。接到本国代表团的通告，越南人民军总司令武元甲大将和法国远征军总司令埃利上将分别下令越南人民军主力部队、地方武装、游击队和法国远征军、保大军于1954年7月22日在整个印度支那停火。
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1955年1月1日，越南军政领导人在河内举行盛大的阅兵式。
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战争，给法国带来了无尽的痛苦，耗资超过3万亿旧法郎（1954年的战争费用要不是美国报销了80％，法国人根本就打不下去了），战死、失踪9.22万人，11.4万人负伤，2.8万人被俘。战争给越南造成的损失更是惊人，含军人平民在内，越南在1945年到1954年死于战争的人数超过50万。
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根据日内瓦协议，越南人民军在北纬17°线以南的部队，和在老挝、柬埔寨的部队开始集结，陆续撤回越南北方。
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在越南北方的法国远征军也奉命集结，逐步撤离。1954年10月10日，最后1名法军撤出河内，308大团102团于当天进驻河内。
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1955年元旦，胡志明率领越南劳动党中央政府成员还都河内。