任中华人民共和国出席联合国安理会首席代表，因中华人民共和国未取得席位而未赴任。1951年4月，张闻天任中国驻苏联大使。张闻天注意研究国际问题，积极向中央提出形势分析和政策建议，如1951年提出朝鲜战争第一次停战谈判问题报告，受到中央重视。1954年，与周恩来等出席日内瓦会议。9月，出席第一届全国人民代表大会第一次会议，当选第一届全国人大常委会委员。1955年1月回国，任中华人民共和国外交部第一副部长，协助周恩来领导外交工作。1956年9月中共八大上当选为中共中央政治局候补委员。1959年，张闻天参加庐山