1961年6月3日から4日にかけて、、ケネディとフルシチョフとの間で米ソ首脳会談が行われた。初日のキューバ問題や東西関係全般についての協議は両者の主張を述べる平行線的状況にとどまっていたが、2日目にベルリン問題が討議されると、激しい意見の応酬になった。まず、フルシチョフは、米英仏ソと西ドイツは、東ドイツと平和条約を結んで、第二次世界大戦の戦後処理を終えるべきだと主張し、「ベルリンの地位を変更する平和条約を結ぶことで大統領と合意したいと思う。それが出来なければソ連単独で条約を結び、これまでの戦後の約束を全て反故にするつもりだ。以後は西ベルリンは自由都市となる。そこにはアメリカ軍は留まるがソ連軍も入る。国連軍や中立国軍が駐留することも賛成する用意がある。」と語った。対してケネディは「西欧はアメリカの国家的安全のためには不可欠なものです。西ベルリンを語ることは西欧を語っているのです。なぜアメリカが不可欠な関係を持ち長く存在している場所から去るように求めるのか、理解するのが困難だ。戦争によって勝ち得た権利を放棄することをアメリカは決して同意しない。」と主張した。するとフルシチョフは激しく反発して「この行動がアメリカの利益に反するとは全く理解に苦しむ発言です。ベルリンにおける自国の利益を保護しなければならないというアメリカの論理は到底理解できないし、ソ連が受け入れることはありません。世界の如何なる力を持ってしても我々が平和条約に向けて前進することは誰も止めることは出来ません。」と語り、ここで平和条約を結んだ後の西ベルリンの状態についてフルシチョフは「ソ連と東ドイツで平和条約が為されれば、ナチスドイツ降伏の際に連合国間で取り決めたベルリン占領権や通行権は失効する、つまり、各国の軍隊はベルリンから撤退せねばならない」と説いた。これに対して、ケネディは「ベルリンを見捨てればアメリカは信用を失う」と主張し、激しい応酬となった。フルシチョフは「ソ連は平和条約を結びます。ドイツ民主共和国の主権は尊重されます。その主権に対するいかなる侵害もソ連によって公然たる侵略行為と見なし、しかるべき結果を招きます。」と半ば戦争を招くことになると公言してケネディを驚かせた。結局ケネディは引き下がらず、フルシチョフは「ソ連は今年中に単独でも東ドイツと平和条約を締結する。」と告げ、あるいは「条約に至らなくても東ドイツと暫定的協定を結び、そして戦争状態が終結すれば、（東ドイツ領土である）西ベルリンに西側の軍隊が駐留するのは侵略行為になる。」と続けた。さらに「侵略を阻止するためには戦争も辞さない」と捲し立てた。しかしケネディは、フルシチョフの要求を完全に突き返し、どんな危険を冒しても西ベルリンを守りきると告げ、物別れのままウイーン会談は終わった。
1937年（昭和12年）7月の盧溝橋事件をきっかけに日中両国は戦闘状態（日中戦争）となり、海軍陸攻部隊は渡洋爆撃を実施した。8月には新田慎一少佐（鹿屋空飛行隊長）が戦死したが、新田は三原が兄事した人物であった。木更津空大型攻撃機（「九五式陸上攻撃機」）隊分隊長であった三原は、9月に大攻6機を率いて済州島へ進出する。すでに「九六式陸上攻撃機」が実戦投入されており大攻は旧式になっていたが、その搭載量2tは「九六式陸攻」の2倍であり上海戦線の陸戦に協力することが期待されていたのである。9月30日、三原は大攻6機を率いて江湾鎮、南翔鎮を爆撃した。対空砲火で機体に損傷を受けながらも連日出撃を続け戦果を挙げる。しかし、10月下旬、出撃準備中に整備員の過失が原因で火災が発生し、列線にあった機も炎上、爆発する事故が起きた。三原は木更津空南京派遣隊を率い、鹿屋空と協同して華中方面での作戦に従事。翌年3月、高雄空分隊長に転じた。三原は陸攻隊12機を率いる分隊長として一ヶ月の間、猛訓練を重ねた。4月27日に福州飛行場の爆撃に成功したのが初出撃で、高雄空は湖南省、江西省、福建省、広東省に所在する中国軍飛行場を連日のよう爆撃した。7月9日、三原は南昌飛行場陥落後に中国空軍の根拠地となっていた衡陽飛行場の爆撃に成功。攻撃隊9機は全機帰還を果たし、全容が不明であった同飛行場の写真撮影に成功している。しかし衡陽飛行場ではその後も戦力増強が続き、8月18日には十三空と協同で陸攻27機による再攻撃が実施された。この攻撃は「九六式艦上戦闘機」の行動可能距離を超えているため、陸攻部隊単独で実施され、中国軍戦闘機による迎撃を受けたが爆撃に成功。三原はその第一中隊長として高雄空の9機を率いて参加している。高雄空は一度高雄に帰還したが、9月には広西省方面での作戦に従事する。28日には雲南省の航空学校飛行場爆撃を命じられ、三原は陸攻9機を指揮して攻撃に向かった。この攻撃は航程2480kmで陸攻の航続性能の限界に近く、さらに敵情把握が不十分な状態であった。三原は戦闘機の迎撃で1機、部下7名を失ったが爆撃に成功。この攻撃に対し支那方面艦隊司令長官 及川古志郎は感状を授与している。三原陸攻隊はその後も連日の出撃を続け、勇猛果敢と評された三原は、檜貝嚢治とともに海軍陸上攻撃機隊の名指揮官として知られるようなっていく。1939年（昭和14年）には入佐俊家らとともに功三級金鵄勲章に叙せられた。当時の三原は海軍大尉であり、この階級で三級の認定を受けるのは稀なことであった。同年11月、海軍少佐へ進級。1940年（昭和15年）1月、十五空飛行長、翌年4月、第二十三航空戦隊（高雄空、第三航空隊）参謀、9月、横空飛行長を歴任。三原は功績を認められたことでドイツ空軍の視察を命じられていたが、独ソ開戦により中止となっている。横空では檜貝とともに陸攻隊の用法、新兵器の実験研究にあたり、同職在職中に太平洋戦争開戦を迎えた。