9月25日，美国总统奥巴马与正在对美国进行国事访问的中国国家主席习近平重申了双方对韩半岛无核化的坚定态度。两位首脑当日在白宫举行首脑会谈，一致决定共同为韩半岛无核化做出努力。奥巴马总统当日在欢迎习主席的公开活动上表示“习主席访美显示了两国之间的友谊与合作”，习主席也在答辞中表示“愿两国实现双赢合作”。

两位首脑当日举行了小范围首脑会谈与扩大首脑会谈，就朝鲜问题、网络黑客、南中国海主权问题、气候变化等问题进行了讨论。前一日在白宫举行的非正式晚宴上，两位首脑也针对在朝核等问题上的合作方案进行了密切协商。

应对气候变化问题，习主席在首脑会谈上表示，中国将在全国范围内设立“总量控制与交易”制度，限制温室气体排放，迫使有关产业购买排放许可。气候变化对策一直是奥巴马总统着力推进的核心国政课题，奥巴马总统与习主席去年11月在北京曾约定减少温室气体排放，中方以此次首脑会谈为契机，推出了将此前试点实施的总量控制与交易所扩大到全国的方案。习主席还决定为发展中国家减排温室气体提供财政支援。这样一来，今年12月在法国巴黎举行的气候变化当事国大会缔结新气候变化协定的可能性进一步加大。

但围绕影响美中关系的网络黑客（间谍）、南中国海主权等问题，两国之间依然存在立场分歧。美方强烈怀疑中国介入了攻击美国人事管理处的黑客行动，但中国否认对此事负有责任。因此，双方仅就积极消除黑客行为达成原则上的一致。据悉，围绕南中国海领土争端，美方批判中国无视国际规则单方填造人工岛的行为，而中方则认为美方不该插足该问题，双方各执己见。习主席将在当日傍晚的国宾晚宴上再次与奥巴马总统会面，此后前往纽约，在9月28日联合国大会上发表演讲。