外交方面，2009年10月4日至6日，应朝鲜劳动党中央和朝鲜政府邀请，对朝进行正式友好访问，并参加有关中朝两国建交六十周年的庆祝活动。这是自1991年李鹏访朝后，中国政府总理十八年来的首次访问。朝鲜方面除了安排数十万平壤市民夹道欢迎外，朝鲜最高领导人金正日也亲自到机场迎接。温家宝在抵朝首日即签订多项经济援助协议。韩联社认为，这次援朝项目大约价值2000万美元。官方表示，这次访问在深化了中朝传统友谊的同时，继续为推动朝鲜半岛无核化进行了努力。金正日则表示，“愿视朝美会谈情况，进行包括六方会谈在内的多边会谈”