以二十国集团（G20）峰会为契机举行会晤的美中首脑讨论了部署末端高空区域防御（THAAD，萨德）问题，但双方未能缩小立场分歧，依然坚持各自的立场。不过，两位首脑同时宣布批准新的气候变化应对协议《巴黎协定》，取得了一定成果。

美国总统奥巴马与中国国家主席习近平在中国浙江省杭州市围绕全球问题和两国之间的重大问题举行了长达四小时以上的首脑会谈。根据白宫和中国外交部发布的内容，双方还在会谈中谈到了朝核解决方案以及部署萨德等问题。

白宫方面介绍称，两位首脑重申了朝鲜开发核武器与弹道导弹所存在的威胁性，一致决定应全面履行联合国安理会2270号决议等，为实现韩半岛无核化加强合作。但在萨德问题上，双方未能找到折中点。

习主席表示“中方反对美国在韩国部署萨德反导系统”，“要求美方切实尊重中方战略安全利益”。他还说,“各方应避免采取加剧半岛局势紧张的行动，共同为推动形势转圜作出积极努力”。分析认为，习主席此言意在同时对朝鲜三番两次的挑衅、韩美部署萨德以及联合军事演习等情况表示忧虑。

白宫并未公开奥巴马总统关于萨德问题的具体表态，仅表示奥巴马总统“强调了亚太地区盟国的团结”。推测认为，奥巴马总统可能在会谈中重申了现有立场，强调“萨德是美国为保护美军和盟国不受朝鲜威胁而采取的措施”。

两位首脑在当天会谈举行前,共同向联合国秘书长潘基文递交了批准《巴黎协定》的文书。温室气体排放量占全球38%的美中两国同时批准《巴黎协定》，被视为全球合作应对气候变化的一大进展。潘秘书长对此表示欢迎，表示“两国合作完成了单凭一国之力无法完成的事情”。去年12月由197个国家签署的《巴黎协定》只要获得超过55个国家批准、且批准国家的总体碳排放量占全球碳排量的55%以上，即可正式生效。目前已经有26个国家在美中之前批准协定，但这些国家的碳排放量总计不到1%。《巴黎协定》旨把全球平均气温较工业革命前水平升高控制在2摄氏度以内。

此外，两国首脑还围绕南海航行、中国人权与宗教状况、台湾与西藏问题、钢铁与铝材产能过剩等广泛议题交换了意见，但都未能缩小意见分歧。奥巴马总统就南海问题强调“希望中国以联合国海洋法公约成员国的身份尽到应尽义务”，习主席则表示“中国将坚决保卫自己的领土主权与海洋权利，与东南亚国家通过对话解决问题，希望美国能够发挥建设性作用”。对于任期仅剩最后四个月的奥巴马总统来说，这可能是他在任期间两人的最后一次会晤。