Для урегилирования опасной проблемы с Цинской империей Петр I срочно в Нерчинск направляет своего приближенного Фёдора Алексеевича Головина. Это был опытный дипломат, позднее в 1701 году заключивший договор с Данией о совместных действиях против Швеции, очень выгодный для России, был также в составе Великого петровского посольства в Европу. Головин происходил из знатного боярского рода, восходившего корнями к византийской аристократии, свободно владел английским языком и латынью, знгание которой очень пригодилось ему в Нерчинске.

Перед ним стояла непростая задача, сформулированная Петром. Необходимо было убедить цинские власти в установление совместной границы по Амуру с сохранением за Россией Албазинского ведомства, не говоря уже о Забайкалье, стратегически важнейшем пункте для сообщения с Дальним Востоком. Если учесть, что позиция императора Канси сильно расходилась с этими требованиями, ибо маньчжуры претендовали не только на весь бассейн Амура и его притоков, но и на часть Забайкалья, включая Нерчу. Головин надеялся теперь только на поддержку бурят и эвенков, ибо халхаские князья были в равной степени недовольны тем, что претензии России задевают их интересы в Забайкалье и постегиваемые Канси начали наступление на позиции русских в Забайкалье. Однако начавшася в 1688 году халхасско-ойратская война оказала большую услугу России. Поражения, которые Галдан-Бошокту-хан нанес халхасцам, его тайный альянс с Далай-ламой, вызвали огромную тревогу властей Цинской империи. Теперь для империи на передний план выдвигались совсем другие приоритеты, и для решения серьезных проблем требовалось перемирие с русскими. Прежняя бескомпромиссная позиция Канси относительно Нерчи теперь сменяется допущением возможности уступки. Тем не менее, Цины находились в гораздо более выгодном положение на переговорах в Нерчинске. Жители этого региона были враждебно настроены по отношению к русским, фоном для переговоров служил цинский десятитысячный контингент, подкрепленный флотом. И все же цинские власти не были заинтересованы в войне. Ойратская опасность, возможность халхасско-ойратского альянса, содействие этому альянсу со стороны Тибета - все это ставило под вопрос господство маньчжуров. Россия в свою очередь сталкивалась с не менее серьезными проблемами. Казна была опустошена в результате походов Голицына на крымских татар, в столице имел место кризис престолонаследия. Несмотря на требования Канси провести границу на всем протяжении соседства, Головин наотрез отказался от проведения границы к востоку от Нерчинска (позднее этот вопрос будет обсуждаться маньчжурами с Посольством Владиславича). В итоге 7 сентября Нерчинский договор был подписан обеими сторонами при посредстве пекинских иезуитских миссионеров в трех версиях китайской, русской и латинской. Граница к востоку от Нерчинска проводилась по северному притоку Амура реке Горбице и далее по Аргуни. Россия теряла Албазинское ведомство и должна была разрушить сам Албазинский острог, но оставляла за собой Нерчинск. Несмотря на то, что в последствии Нерчинский договор 1689 года признавался не вполне законным (в 1858 году заменен Айгунским), поскольку четкой лимитации границ в его рамках произведено не было, это был первый дипломатический локумент в истории российско-китайских отношений.