1969年11月17日至1972年5月27日是第一阶段谈判，双方代表先后召开了123次全体会议，经过激烈的讨价还价，最后签订了限制进攻性战略武器某些措施临时协定。临时协定为期5年，把双方陆基洲际导弹冻结在1972年7月1日的水平上，即苏联为1618枚，美国为1054枚；把双方的潜艇发射导弹和导弹核潜艇冻结在1972年5月26日实有和正在建造的水平上，即苏联为950枚、62艘，美国为710枚、44艘；对双方的战略轰炸机未作限制规定。这是在双方对它们的进攻性战略武器的数量都有“充足感”的情况下，冻结数量的发展，使核军备竞赛转入以提高质量为主的方向。对苏联来说，临时协定有利它在进攻性战略武器数量上保持对美优势，以便集中力量在质量上追赶美国。对美国来说，由于它当时实际上已停止增加其进攻性战略武器的数量，临时协定限制苏联的进攻性战略武器、特别是巨型的ＳＳ·9导弹的增长显然也是符合美国利益，而当时美国武器的质量优势足以抵销苏联的数量优势。临时协定没有触动双方核武库的一根毫毛，只是为此后的核竞赛定下一个规则而已。另外，鉴于当时美苏都感到反导弹防御系统价格昂贵，效能有疑问，双方都不准备大量发展，于是达成了双方各保持两个反导弹防御系统的《限制反导弹防御系统条约》。
从1972年11月21日起美苏在日内瓦又开始了第二阶段谈判。谈判持续7年之久，举行过约300次全体会议，最后于1979年6月18日卡特与勃列日涅夫在维也纳签订第二阶段限制战略武器条约。该条约有效期至1985年，确定双方战略武器的总限额为2250件，其中分导式多弹头运载工具的限额为1320件。条约与临时协定一样，仍是只限数量不限质量，而且分导式多弹头导弹的限额高于双方当时现有数，为进一步增加数量留有余地。一些美国军事战略专家指出，条约对美国不利之处是：允许苏联部署308枚重型导弹，其破坏力超过美国现有洲际导弹破坏力的总和；苏联的逆火式轰炸机不算战略武器，不计入总限额内，而美国的机载巡航导弹则作为分导式多弹头战略武器加以限制；战略武器的总额和分导式多弹头导弹的限额偏高，有利于苏联发挥其洲际导弹数量多、投掷重量大的优势，并符合苏联企图加速部署分导式多弹头导弹的需要。根据美国宪法，条约需经参议院三分之二通过方能生效。由于得不到足够的支持票数，在卡特政府时期，国会推迟了对条约的辩论和表决。里根上台后认为该条约有“致命的缺点”，反对国会批准，同时由于美苏关系紧张，战略武器谈判陷于停顿。