爱华网8月8日在德国投降正好三个月，美国对日本使用原子弹之后，苏联在和中国谈判成功之前，对日本宣战。一百五十万苏军在外蒙古集结后进攻中国东北、朝鲜等地的日本关东军。其间外蒙古提供后勤并派军队参加了苏军对日军在内蒙古的作战。中苏在就外蒙古问题举行谈判时，斯大林坚称外蒙今日已是“人民共和国”，故其现状，即是独立。谈判开始时，中方坚拒承认外蒙独立，斯大林则称，外蒙问题如无法获致解决，则条约不能订立。谈判中，蒋经国对斯大林说：“我们的国民一定不会原谅我们，会说我们“出卖了国土”;在这样情形之下，国民一定会起来反对政府。”斯大林回答：“倘使你该国有力量，自己可以打日本，我自然不会提出要求。今天，你没有这个力量，还要讲这些话，就等于废话!”为继续取得同盟国对中国战区的支持，以及避免苏联援助中共和在东北驻军不撤走，1945年8月14日，经过与苏联两个多月的谈判，中华民国政府最终做出妥协。宋子文、王世杰等在国民政府主席蒋中正的授权下与苏联政府签订《中苏友好同盟条约》，同意“苏联出兵击败日本后，在苏联尊重东北的主权、领土完整;不干涉新疆的内部事务;不援助中共”等条件下，允许将依公正之公民投票的结果决定是否承认蒙古人民共和国。宋子文拒绝签字，并辞掉外交部长一职，最后该条约由王世杰签字。同日，中苏两国外交部互致照会，其中中国外交部长王世杰对苏联外交人民委员部莫洛托夫部长照会节选如下： 兹因外蒙古人民一再表示其独立之愿望，中国政府声明於日本战败后，如外蒙古之公民投票证实此项愿望，中国政府当承认外蒙古之独立，即以其现在之边界为边界。上开之声明，於民国三十四年八月十四日签订之中苏友好同盟条约批准后，发生拘束力。
对此，杜鲁门给蒋中正打电报说：“我请阁下执行雅尔达协定，但我未曾请阁下做超过该协定之让步。”指蒋中正抛弃了中国对外蒙的宗主权。王世杰回国称该条约可保中苏三十年的和平，于是8月24日立法院在孙科主持下，以95人赞成，4人反对(以起立方式表决)通过《中苏友好同盟条约》。10月20日外蒙举行公民投票，中国政府派雷法章前去参观。雷法章奉蒋中正之命，“不与外蒙当局进行任何交涉”;关于投票，雷法章“只宜细心观察，但不得干涉或发表任何声明”。外蒙人民“在政府人员监督之下，以公开之签字方式表示赞成与否”，投票结果显示，97.8%的公民赞成外蒙古从中国独立出去。但联合国所派之观察员不承认此次投票。
1946年1月5日，中华民国承认蒙古人民共和国独立。国民政府公告说：“外蒙古人民于1945年10月20日举行公民投票，中央曾派内政部次长雷法章前往观察，近据外蒙古主持投票事务人员之报告，公民投票结果已证实外蒙古人民赞成独立，兹照国防最高委员会之审议，决定承认外蒙古之独立，除由行政院转饬内政部将此项决议正式通知外蒙古政府外，特此公告。”随后国民政府表示支持蒙古入联合国。2月13日，国民政府与蒙古建立外交关系。从此，中国失去了对外蒙的宗主权。
曾任中华民国驻联合国代表的蒋廷黻认为：中苏友好同盟条约“与五十年前大清帝俄同盟条约太相同了。条约及换文，就全体看起来，是极有利于苏俄的，简直可说是片面的、不平等的。苏俄如严格遵守这条约及换文，于苏俄只有利而无害。任何公平的研究员，不能避免这个结论。”
雷法章事后对外蒙“公民投票”的评介是：“其办理投票事务人员，对于人民投票名为引导，实系监视，且甚为严密”、“此项公民投票据称为外蒙古人民重向世界表示独立愿望之行动，实则在政府人员监督之下，以公开之签名方式表示赞成与否，人民实难表示自由之意志。”中华民国政府曾於1947年8月27日於联合国安理会开会时表示质疑此投票之公正性。中华民国代表蒋廷黻发言称：“吾人认为此事是吾人所不能接受之过份简单的历史，当适当时机来临后，中国政府有从事进一步观察之权利。”
关于蒋中正的国民政府放弃了对外蒙的宗主权，顾维钧这样写道：“我仍然无法理解为什么我们在莫斯科的代表团认为非得向苏联做出超过需要之外的让步不可。即使从英国的观点来看，中国在外蒙问题上是能够不让步的，美国的国务卿贝尔纳斯也持有同样的看法。这是贝尔纳斯在1945年9月从莫斯科来参加五国外长会议时在伦敦对我说的。然后他问我为什么我们做出了不必要的让步，他指的是蒙古。我虽不理解为什么这样做，但觉得这个评论进一步证实了艾登(英国的外相)对我说的话是有理由的。我对中国在莫斯科所采取的立场自然是极感失望的，我设想一定有不得不这样做的理由。我希望有朝一日能够公开当年我们的重庆政府为什么决定不惜任何代价与苏联缔结这个条约的全部理由。”
1949年经国共内战“中华民国”政府败走台湾。1950年苏联和中华人民共和国签署了《中苏友好同盟互助条约》而废除了《中苏友好同盟条约》。1953年“中华民国”政府援引苏联并未做到“不援助中共”等条件，而废除在《中苏友好同盟条约》中关于外蒙古的换文，不承认外蒙古的独立，并下令把外蒙古重新纳入中华民国的版图之内。蒋中正在国民党的中央会议上，沉重地检讨说：“承认外蒙独立的决策，虽然是中央正式通过一致赞成的，但我本人愿负其全责。这是我个人的决策，是我的责任，亦是我的罪愆”。蒋还称，放弃外蒙古“实在是一个幼稚的幻想，绝非谋国之道”;蒋中正还表示自己“对总理、对革命、对国家和人民应该引咎自责”。1952年，“中华民国”向联合国控告苏联。联合国大会以25票赞成，9票反对，24票弃权通过联合国大会505号决议谴责苏联。是为“控苏案”。
《中苏友好同盟条约》签订后，“中华民国”政府一向恪守该条约产生之一切义务，但苏联却屡次背信，不但在东北强奸中国妇女，还劫掠工业设施，价值达80亿美元，超过德境三倍;并支持中国共产党。1949年10月苏联公开承认中华人民共和国并与之建交。苏联屡次违约，但“中华民国”政府却“为顾虑美国关系，迟未采取行动”，直至1953年2月20日美国总统艾森豪威尔对国会正式否认雅尔达秘密协定的存在，才于2月23日宣布《中苏友好同盟条约》失效，从而不承认外蒙古的独立。2月25日，外交部正式废除《中苏友好同盟条约》。
