文化大革命は後期になると国内の権力闘争や内乱状態を引き起こしたが、最終的に文化大革命は1976年の毛沢東死去で終結した。文化大革命では各地で文化財破壊や大量の殺戮が行われ、その犠牲者の合計数は数百万人とも言われている。また学生たちが下放され農村で働くなど、生産現場や教育現場は混乱すると、特に産業育成や高等教育などで長いブランクをもたらした。一方この時期、ソ連に敵対する中国共産党政府は、同じくソ連と敵対する日本やアメリカなどからの外交的承認を受け、この結果、1971年に国際連合安全保障理事会の常任理事国の地位も台湾島に敗走した中華民国政府（国民党政権）に変わって手にするなど、国際政治での存在感を高めつつあった。
1966年に毛沢東は文化大革命を提唱した。毛沢東の指示によって中央文化革命小組が設置され、北京の青少年によって革命に賛同する組織である紅衛兵が結成された。毛沢東は「造反有理」（反動派に対する謀反には道理がある）という言葉でこの運動を支持したので、紅衛兵は各地で組織されるようになった。毛沢東は文革の目的をブルジョワ的反動主義者と「実権派」であるとし、劉少奇とその支持者を攻撃対象とした。毛沢東は林彪の掌握する軍を背景として劉少奇を失脚させた。しかし、文化大革命は政治だけにとどまることがなく、広く社会や文化一般にも批判の矛先が向けられ、反革命派とされた文化人をつるし上げたり、反動的とされた文物が破壊されたりした。1966年の末頃から武力的な闘争が本格化し、地方では党組織と紅衛兵との間で武力を伴った激しい権力闘争がおこなわれた。毛沢東は秩序維持の目的から軍を介入させたが、軍は毛沢東の意向を汲んで紅衛兵などの中国共産党左派に加担した。中央では周恩来らと文革小組の間で権力闘争がおこなわれた。1967年の後半になると、毛沢東は内乱状態になった国内を鎮めるために軍を紅衛兵運動の基盤であった学校や工場に駐屯させた。この時期軍の影響力は極端に増大し、それに伴って林彪が急速に台頭した。1969年には中ソ国境の珍宝島で両国の軍事衝突があり（中ソ国境紛争）、軍事的緊張が高まったこともこれを推進した。同年採択された党規約で林彪は毛沢東の後継者であると定められた。
一方でこの年、中国共産党政府は台湾海峡で中華民国に対して大規模な軍事行動を起こし、アメリカ軍の介入を招いた。フルシチョフは中国共産党政府の強硬な姿勢を非難し、また自国がアメリカとの全面戦争に引きずり込まれないように努力した。ソ連はワルシャワ条約機構の東アジア版ともいうべき中ソの共同防衛体制を提案したが、中国共産党政府はソ連の対外政策への不信からこれを断った。その後、1959年6月ソ連は中ソ協定を一方的に破棄した。1960年には経済技術援助条約も打ち切られ、この年の中国のGNP（国民総生産）は1%も下落した。但し、党組織の中央集権化と個人経営に懐疑的であった毛沢東はこれを修正主義に陥るものであると見ていた。1963年に毛沢東は「社会主義教育運動」を提唱し、下部構造である「農村の基層組織の3分の1」は地主やブルジョワ分子によって簒奪されていると述べた。これは、劉少奇ら「実権派」を暗に批判するものであった。また、この頃の毛沢東は「文芸整風」運動と称して学術界、芸術界の刷新を計画していたことも、のちの文化大革命の伏線となった。1964年に中国は核実験に成功し、軍事的な自立化に大きな一歩を踏み出した。一方で、1965年にアメリカによる北爆が始まりベトナム戦争が本格化すると、軍事的緊張も高まった。チベットでは独立運動が高まったが、政府はこれを運動家に対する拷問など暴力によって弾圧した。このため多数の難民がインドへ流入した。
小川は森田から誘われて、三島由紀夫が引率する第3回の自衛隊体験入隊に田中健一と共に参加し、1969年（昭和44年）3月1日から29日まで陸上自衛隊富士学校滝ヶ原駐屯地で軍事訓練を受けた。三島先生は、如何なるときでも学生の先頭に立たれ、訓練を共にうけました。共に泥にまみれ、汗を流して雪の上をほふくし、その姿に感激せずにはおられませんでした。これは世間でいう三島の道楽でもなんでもない。また、文学者としての三島由紀夫でもない。日本をこよなく愛している本当の日本人に違いないと思い、三島先生こそ信頼し尊敬できるおかただ、先生についていけば必ず日本のために働けるときがくるだろうと考えました。 — 小川正洋「裁判陳述」楯の会 3期生となった小川は、板橋警察署の道場や皇宮警察の済寧館で居合や剣道の稽古に励み、5月頃からは楯の会の主要精鋭メンバー「決死隊」の1人として、三島から日本刀を渡された。1970年（昭和45年）4月10日、第7班の班長となっていた小川は、三島邸に呼ばれ、最後まで行動を共にする意志があるかを打診されて沈思黙考の末に承諾した（詳細は三島事件#三島由紀夫と自衛隊を参照）。同年5月から、小川は恋人の圭映子と同棲するようになり、三島事件の前日の11月24日に入籍した。事件当日の11月25日、三島と森田が割腹自決した後、小川は、小賀正義（第5班班長）、古賀浩靖（第5班副班長）と共に、拘束していた益田兼利東部方面総監を解放し、自決させないよう最後まで護衛する任務を遂行した（詳細は三島事件#経緯を参照）。