從1957年10月中共八屆三中全會到1958年5月中共「八大」二次會議，連續不斷地批反冒進，實際上已為「大躍進」的全面發動作了比較充分的思想、輿論準備。毛澤東親自審閱批發的1957年11月13日《人民日報》社論，提出：「在生產戰線上來一個大的躍進。」1958年1月1日，《人民日報》發表元旦讓論《乘鳳破浪》，提出「鼓足幹勁，力爭上游」，在15年左右的時間內，在鋼鐵和其他主要工業產品產量方面趕上和超過英國。
在中共「八大」二次會議上，周恩來、陳雲相繼作了對反冒進的檢討以後，毛澤東曾宣佈「反冒進解決了」。同時，他在會上還多次發出要注意「我們黨內搞得不好要分裂」的警告，指出假如「有些人不顧大局」，「那就要分裂」，「誰不照顧大局，誰就會跌觔斗」。「有人認為講了分裂，心裡就不舒服，我看講了好，大家有個精神準備。」
在這樣的情形下，面對迅速掀起的大躍進運動，黨內已經很難發表不同意見了。
這時的周恩來處於兩難的矛盾狀態中。他必須在一般原則上和其他領導人一起表示支持毛澤東提出的爭取15年趕上和超過英國這一經濟發展的戰略構想，並檢討反冒進的錯誤。他的內心裡覺得自己跟不上毛澤東。經過這年上半年的反對反冒進，他處在了一種特殊的地位，他有很強的組織性，他尊重毛澤東和中共中央的決定，維護黨的領導的團結一致。另一方面，作為一個具有清醒頭腦和豐富實踐經驗的共產黨人，在對經濟建設的指導上又要盡可能地堅持穩重與謹慎，使之健康發展。對一些過頭的做法他有自己的想法看法，不能不管，又不便於公開地在方向和方針上提出不同的意見。在當時的地位和形勢下，他唯一能夠做到的，就是根據實際情況，把毛澤東和中央的決定加以變通，盡量減少實際損失，在力所能及的範圍內，根據自己的認識，試圖使事情的發展更符合實際的可能。
就在他做檢討的1958年1月下旬，他在審改《關於1957年國家預算執行情況和1958年預算草稿的報告（草稿）》時，在文中「為了在15年內在鋼鐵和其他重要工業產品的產量方面趕上和超過英國」一語的「15年內『之後，增加了「或者更多一點的時間」九個字；並在「為了在今後10年或者更短的時間內實現全國農業發展綱要」一句中，刪去「或者更短的時間內」八個字，改為「並且爭取提前」。這些，在當時「大躍進」的氣侯下，不會有什麼效果，但畢竟可以看出他同「大躍進」的倡導者和積極擁護者之間，思想上是有距離的。
周恩來編製的第二個五年計劃的建議被「大躍進」搞亂了，「建議」提出的指標在實際工作中已經起不了約束的作用。1958年5月中共「八大」二次會議通過建設社會主義總路線，提出破除迷信，敢想、敢說、敢幹。8月，中共中央召開北戴河會議，通過了建立人民公社和1958年鋼產量比1957年翻一番的決議。這次會議對農業形勢非常樂觀，估計1958年糧食產量達到6000億斤到7000億斤，比1957年增產60一90％，據此提出「農業戰線的偉大勝利要求工業戰線迅速地趕上去，而且也使得省一級黨委有可能把注意的中心轉移到工業方面來」。有人發愁糧食吃不完，要縮小耕地面積，實行園田化生產。這年有了許多「大辦」，包括大辦農業。有的地方糧食放「衛星」，報告說稻子畝產幾萬斤。周恩來親自去看，看了一塊掛牌畝產10萬斤的高產稻田。田的上空，像燈光球場一樣，電燈通明，說是為了加強光照，旁邊用鼓風機通風。實際上，這是將幾十畝田的稻子移在一畝田里，是弄虛作假。因為當時有外賓在場，他沒有提出批評，但是回來以後，心情十分沉重。7月18日．周恩來到上海市郊馬橋鎮看高產田，聽說1畝地種了12萬穴，他當即指出，要合理密植，並提醒鄉黨總支部書記要關心社員的生活，要讓社員吃好休息好。同月，周恩來在廣州召集一些縣的負責人瞭解情況時，對他們說：糧食產量要避免虛假性，要保證社員的口糧，並且告誡他們：千萬不要講大話，損害群眾的利益。河南在大刮共產鳳時，周恩來到河南去視察工作，批評過省委主要負責人，要他謹慎。
1958年的鋼產量，原計劃是620萬噸，這是2月11日第一屆全國人民代表大會第五次會議上通過的1957年國家預算執行情況和1958年國家預算及1958年國民經濟計劃的決議中規定的。5月下旬，中共中央政治局擴大會議提出把本年的鋼產量增加到800萬至850萬噸。8月，中共中央政治局擴大會議上提出鋼鐵翻一番，就是要從1957年的535萬噸．達到1958年的1070萬噸。於是掀起了全民煉鋼、大辦鋼鐵高潮，以高指標、瞎指揮，浮誇風、「共產風」為主要標誌的「左」傾錯誤嚴重氾濫。河南省新鄉市放出一天產生鐵102萬噸的高產「衛星」。周恩米看到這個材料後，問身邊搞過鋼鐵生產的秘書顧明這有無可能，顧明回答說：我們在鞍山鋼鐵廠，煉一噸生鐵，需要貧礦石三四噸，煉焦用煤要二三噸，加上石灰石、輔助材料等要十多噸。102萬噸生鐵，需要1000多萬噸的運輸量，所以這不可能是真的。周恩來就要顧明到河南去看看。顧明去看後，把土法煉出的所謂生鐵帶了回來，實際上，其中最好的也不過是含鐵成分較多的海綿鐵。大批農民上山煉鐵，許多地方分不清什麼是鐵礦石，把比較重的黑石頭塊當成鐵礦，也弄不清一噸是多少，把一擔當作一噸。周恩來為了減少盲目性，想加以引導，每星期主持召開一次鋼鐵會議。秘書建議把大學裡化工系的學生派下去，幫助農民分析化驗鐵礦石。周恩來採納了，調了1．3萬多大學生去各地幫助分析化驗。但是，當時幾千萬人上山煉鐵，這點大學生是無補於事的。到了冬天，中共四川省委工業書記陳剛向周恩來請示匯報，說四川還有幾百萬人在山上，既無寒衣，又缺糧食，鋼鐵任務沒有完成，怎麼辦？周恩來指示：立即下山。
大辦鋼鐵，使國家直接損失幾百億元，大傷了我國經濟的元氣。「大躍進」初始階段的幾個「大辦」中，還有一個大辦工業。地方工業盲目發展。周恩來不可能從根本上來制止這些
「大辦」，但是在可能的範圍內，他潑了冷水。1958年7月，周恩來故鄉淮安縣的副縣長王汝祥到北京，想為辦地方工業解決鋼材問題，找到了周恩來。周恩來關懷地詢問了淮安的經濟生活，但是向王汝祥建議：淮安縣應該把主要力量放在農業上。地方工業除手工業和土法生產的以外，今年不宜搞得過多，而已設備和鋼村都供應不及。倒不如集中力量先把鐵木農具廠搞起來，然後再及其他。這一段話，說明了周恩來是清醒地看到「大辦」中的問題的，但是他的這些思想當時未能引起全黨的重視，而在大辦鋼鐵、大辦工業的思想下，在財政下放的體制下，各地互相攀比，辦起了許多無原料、擠占國營企業原料的社辦、縣辦工業。
1958年11月2日至10日，毛澤東在鄭州召集有部分中共中央政治局委員、大區負責人和部分省、市委書記參加的工作會議，這就是第一次鄭州會議。這次會議是為了糾正公社化運動中出現的以浮誇鳳、「共產風」和瞎指揮為主要特徵的前一段的「左」傾錯誤，提出社會主義時期不能消除商品生產，不能剝奪農民。接著，毛澤東又在11月21日到27日在武昌召集有部分政治局委員和各省、市、自治區黨委第一書記參加的會議。毛澤東在23日講了一次話，提出要「壓縮空氣」，辦事要有充分的根據，鋼產量計劃指標要降低，各部門都要把根據不足的指標降下來，破除迷信不要把科學破除了。接著，中共八屆六中全會在武昌召開，周恩來出席了會議。這次會議根據毛澤東的建議，提醒全黨認真注意在戰略上要藐視困難，在戰術上要重視困難，既要有沖天幹勁，又要有科學分析的原則，認真使經濟計劃建立在充分可靠的基礎上，使國民經濟各部門的發展互相保持適當的比例。
這以後，周恩來就比較好講話了。1958年12月27日，他在全國農業社會主義建設先進單位代表會議上講了話。他說：1958年這一年，經驗有兩點，一是高速度的發展必須建立在客觀可能性的基礎上，一是必須遵守有計劃按比例發展的法則。第二天，他又召集陸定一、康生、張際春、周揚、楊秀峰、錢俊瑞、張子意、胡喬木、復衍、陳克寒、林默涵、徐運北、榮高棠、吳冷西、姚臻等，就文藝、衛生、體育等方面在高速度發展中的一些偏差，進行商議。周恩來指出：要承認共產主義的熱情，但「領導幹部頭腦要清醒」。他還說：我們每個人的講話如果不妥當，「完全可以駁，不要樹立迷信的權威」。
這時候，他已經在憂慮經過1958年的大浪費，1959年的人民生活了，12月24日，周恩來到河北安國縣和徐水縣視察，看了製藥廠、機械廠、農業紅專大學和一些新居民點。當看到把不夠中學程度的學生集中到一起學習，掛起大學的牌子，他心裡很難過，感到這是把黨的謙虛作風丟掉了，變成了浮誇。在回來的途中，他向陪同的中共河北省委領導人解學恭說：一定要實事求是，不要隨便減少耕地，今年的吃飯不要錢的口號，「把共產主義庸俗化」了，到明年青黃不接的時候，糧食可能出現緊張局面。要注意聽老農的話：允許吃飽，但不能浪費糧食。
1959年從年初到7月廬山會議前，周恩來都致力於這方面的糾正工作。他認為：1958年全民辦企業，每個公社辦一點工業，一個縣辦很多工業，把材料佔用了，大企業反而感到不夠了。他同中共石家莊地委、河北省委負責人研究生產時說：去年由於對農業估產高了，在估高的基礎上生產佈局多了，造成了市場的緊張，現在要落實，抓工業產量，抓農業生產、商品性生產和市場。「搞生產必須注意算帳」，「要搞綜合平衡」。從省委起，都要把重點放在農業上。對於工業，他作了分析：由於原材料不足，有些工廠不得不時開時停，停工待料；有些建設工程，安了柱子沒有房頂，建成了房子沒有機器設備，或者有了主要設備沒有次要設備，不能及時投入生產。造成這種情況的原因之一，是基本建設攤子攤得多了，工廠、企業的增加超過了原材料增長速度。他說：有些農村原材料過去是供應城市的，現在他們也搞基建，辦工廠，一個公社辦一點，一個縣就是不少的點，他們自己把原材料用了，就沒有城市原有企業可用的原材料了。技術落後的企業有原材料，技術先進的企業反而沒有了。
在廬山會議前，周恩來堅持和宣傳了上述的看法和主張。這種看法和主張，他在中共中央的會上也說。如1959年6月11日，中共中央書記處會議討論1959年的國民經濟計劃時，周恩來就批評了1958年的「大躍進」是「主觀主義大發展」，「打破了客觀規律」，目前農村中對農業的產量估計過高。
1959年7月2日起，周恩來出席中共中央在廬山召開的政治局擴大會議。會議前期，根據毛澤東提出的18個問題（讀書，形勢，今年、明年和四年的任務，綜合平衡問題，群眾路線問題，體制問題，公社食堂問題，學會過日子問題，三定政策，農村初級市場的恢復問題，使生產小隊成為半核算單位等），對1958年以來的經驗教訓進行討論和總結。周恩來在會上的發言中指出了「大躍進」的缺點和錯誤有以下幾點：計劃指標偏高、基建規模偏大，國民經濟比例失調；權力下放過多，把戰略口號當作了行動口號；工業上加工工業搞多了，原材料工業搞少了。他指出，只有這麼多的米，只能做這麼多的飯，9000萬人上山，大煉鋼鐵，這是一股革命的熱情，付的代價很大。他主張進行調整。
廬山會議前期，周恩來全力抓調整這件事。7月10日到12日，他三次召開財政問題座談會。他在會上講，陳雲總強調財政、物資、現金三個平衡。目前急需抓綜合平衡：則政上的貨幣平衡、國家物資分配平衡和商品平衡，並提出了（一）國家要算帳；（二）銀行貸款要歸口，專款專用；（三）對限額以下和以上的基建項目都要分別採取措施，堵口；（四）對停辦項目的人員要導流，給以出路；（五）增產，活躍市場；（六）節約。
7月18日、21日，周恩來兩次召集國務院各部的負責人開會，談形勢，擺問題，算細帳，討論計劃工作。他在會上又強調要抓財政、物資、現金的平衡，指出要略有節餘。他認為1958年全衝亂了，單生鐵就補了15億元。繼續躍進過分緊張，耍抓好綜合平衡。不能這樣過日子，特別是三材太不平衡了。他提出：指標到底放在哪個槓槓？基建到底鋪多大攤子？要大家考慮。7月23日，周恩來召集副總理們開會，提出當前生產中存在的幾個問題：（一）「綜合平衡沒有搞好」，指標太高，「超過了實際可能」，沒有留餘地，應當實事求是地加以落實。（二）產品質量下降，需要解決。他指出要「當機立斷」，下決心調整指標，「縮短戰線」，準備「明年把農業搞上去」。
就在周恩來進行調整的過程中，彭德懷上廬山，7月14日給毛澤東寫了一封信，信中陳述了他對1958年以來「大躍迸」中的錯誤和經驗教訓的看法，提出了中肯的意見。16日，毛澤東把這封信印發給了會議討論。周恩來也看了這封信。
這時候，一位同意這封信內容的人，隱約地聽到了不利於彭德懷的風聲，他懷著不安的心情，在7月20日左右的一個跳舞晚會上，詢問周思來：你認為彭總的信怎麼樣？
周恩來回答說：那沒有什麼吧！
在周恩來看來，彭德懷的信，是一種正常的情況。而且，他的思想是和彭德懷相通的。他曾經對身邊的同志講過：彭總的信反映了一些實際情況。
不料，7月23日，毛澤東在會上錯誤地批了彭德懷，認為這封信是「資產階級的動搖性」，是「右傾性質」的問題。根據毛澤東的意見，會議轉向了對彭德懷等「右傾機會主義」的批判。周恩來原來進行的平衡和調整工作，自然地也就中斷了。接下來召開的中共八屆八中全會，進一步開展了對所謂「彭德懷、黃克誠、張聞天、周小舟反黨集團」的鬥爭，還發出了反對右傾思想的指示，並要求立即掀起「新的生產大高潮」，超額完成計劃。
廬山會議之後，接著在全黨開展了一場「反右傾」鬥爭。這期間，周恩來的心情非常沉重，很少發表意見。這次反右傾的結果，在政治上使黨內從中央到基層的民主生活遭到了嚴重損害，在經濟上使「左」傾錯誤更加發展，並延續更長時間。
反對右傾的運動，使經濟戰線上一些敢講真話的同志幾乎都挨了批，有的甚至被打成右傾機會主義分子。1959年的路子繼續1958年的走，繼續「以鋼為綱」，擠農業，擠輕工業，擠人民生活，市場情況越來越緊張。1960年又是高指標，國家經委年初就提出「開門紅、滿堂紅、月月紅、紅到底」的口號，要動員7000萬人搞鋼鐵。1958年到1960年這三年「大躍進」，實際上是我國經濟建設史上的三年大冒進。積累率在國民收入中的比重由1957年的24．9％上升到1959年的43．9％，創歷史最高水平。三年基建投資總額超過「一五」期間投資總額的1．5倍，而農業總產值1960年比1957年下降30％。它使我國國民經濟的比例遭到嚴重破壞，給國民經濟造成極大損失。再加上當時的自然災害，1960年7月蘇聯撕毀合同，撤走專家，我國經濟陷入了嚴重的困境：物資缺乏，通貨膨脹，物價上漲，人民生活困難。
在困難時期，為了安定團結，周恩來經常主動承擔大辦鋼鐵、「大躍進」的錯誤的責任，經常自己作檢討。他常說，國務院領導負有主要責任，井鼓勵大家緊密團結，戰勝困難。
有同志對他說：「總理，你不能把什麼事都擔在你的身上。」
周恩來說：「我是總理，中央、國務院決定的事，我都有責任。」
面對嚴重的困難，周恩來親自掛帥，指定國家經委和有關各部領導人成立生產調度十人小組，每晚開調度會，會後向他匯報，第二天清晨傳達指示。如動用國庫解決短缺物資；組織增產節約；緊急調用車船搶運救濟物資；甚至煤礦上因糧食供應不足，擠掉了下井工人的口糧問題，調度小組也採取特殊措施，加供糧食補助和每月的白酒。在周恩來領導下，為了渡過困難的歲月，這個小組作了許多工作。
困難時期，周恩來突出地抓了糧食問題。
1960年糧食產量是2800億斤，比1957年的3900億斤減少了三成。那時候，全國糧食供應十分緊張。全國6億人口，城市人口1．2億多，「大躍進」多了2900萬人進城吃商品糧。國家需要有360億到400億斤的糧食庫存，才能調配得開，保證正常供應，而1960年國家庫存只有180多億斤，除了供應城市外，農村還需返銷上百億斤糧。有的大城市如瀋陽、大連只有幾天的存糧。許多省、市天天向中央告急。周恩來吃不下飯，睡不好覺，每週要召開三四次會議專門討論糧食問題。他要秘書制定了一張像「哈達」那樣的糧食大表，上面記著各省、市的糧食數字。他對表上的數字記得非常清楚，根據實際需要和可能，親自決定向備地調撥糧食，並且下決心進口糧食、精簡2000萬人下鄉，這些都得到中共中央的同意並作出決定。
為了渡過困難，周恩來抓糧食抓得很細。當時的糧食部部長，一個星期要被找到周恩來的辦公室好幾次，主要是談糧食問題。一般是晚上找去，有時晚上九十點鐘或十一二點鐘去，談到凌晨三四點鐘。在深夜，鄧穎超就送去一些餅乾等，偶爾也端來一小碗素掛面。這都是周恩來自己出錢，不向國家報銷的。那年月，中央經常召開的討論糧食問題的會議，都是由周恩來出面的。所以李先念說過：管糧食、管吃飯的分三線。糧食部在第一線，由他們先同各省區協商，能夠商妥的，就不上找了。第二線是李先念，糧食部商量不下去，就把李先念請出來。第三線是周恩來，李先念同他們商量不下去，最後就把周總理請出來。於是，周恩來就把糧食部領導人帶上去拜訪，一個省一個省地定。那時，調動600萬斤糧食，都要報告周恩來。
周恩來直接抓糧食工作，是從1959年開始的，大約一直抓到「文革」開始。糧食情況開始好轉，是在1964年以後，產量逐漸回升，到1966年已回升到4000億斤左右，城市供應比較好了。為了解決6億人民要吃飯這個大問題，周恩來在那幾年中確實是操碎了心。幾年工夫糧食問題逐漸解決了，然而周恩來明顯蒼老了。
「大躍進」導致國民經濟比例的重大失調，到1960年，眼看這種「躍進」已經不能再維持下去了。這年7月，在中共中央召開的北戴河會議上，提出來要對國民經濟進行整頓。1960年8月30日到9月5日，國家計委黨組四次向周恩來匯報1961年國民經濟計劃安排意見。國家計委原來提的意見是：「1961年是經過『大躍進』後的一年，根據中央上海會議和北戴河會議的精神，國民經濟隨著重進行整頓、鞏固和提高」；「編製明年計劃的方針，應以整頓、鞏固、提高為主」。周恩來聽取匯報後，改成了「調整、鞏固，充實、提高」八字方針，不但補充了「充實」的內容，而且把「整頓」改為「調整」，使內容更加廣泛，突出了扭轉比例失調的含義，更切合當時經濟形勢的需要。這個方針，在1961年1月召開的中共八屆九中全會上正式通過了。
1961年9月，中共中央召開民主人士座談會。周恩來在會上進一步提出，這三年的缺點錯誤最集中的表現是指標定高了，建設規模搞大了，調整首先是調整各種比例關係，當前調整的主要任務是：第一，決定退夠，留有餘地；第二，重點調整，打殲滅戰；第三，全面安排，綜合平衡。後來，他在1962年3月舉行的第二屆全國人民代表大會第三次會議上所作的《政府工作報告》中，又進一步強調八字方針是「以調整為中心」，「是一個既從當前實際情況出發，又為長遠打算的積極的方針」。「在我國前幾年社會主義建設的大發展中，出現了許多不協調的現象。為了改變這種不協調的現象，為了鞏固已有的成績，為了給以後的國民經濟的新的大發展創造條件，就必須用一個較長時間，即用幾年的時間，通過綜合平衡、全面安排，進行較大幅度的調整。」
中國60年代初的經濟調整時期，正是國際上風雲激變的多事之秋。中蘇兩黨、兩國的關係急劇惡化，中印邊境發生爭端以至中方被迫自衛還擊，美國瘋狂擴大侵越戰爭，亞非拉民族獨立運動風起雲湧。為了反對國際上的霸權主義，支援新興的民族獨立國家，保障我國社會主義經濟建設的和平環境，周恩來不得不經常忙於處理大量的緊迫的外交工作和國際問題。調整經濟的任務十分繁重複雜，周恩來認為自己既然是政府總理，就責無旁貸。他毅然地挑起了領導經濟調整、親自指揮調度的重擔。他向幹部們闡述多難興邦的道理，號召大家同心同德，團結一致，戰勝困難，勤儉建國。1960年10月，他親自主持起草中共中央《關於農村人民公社當前政策問題的緊急指示信》，11月間又主持制定中共中央《關於徹底糾正「五鳳」問題的指示》。這兩個文件的頒發執行，對於當時剎住農村工作中的「左」傾錯誤，調整人民公社內部的生產關係，穩定農民的生產情緒，起了很大的作用。在1962年1月討論起草擴大的中共中央工作會議的書面報告時，周恩來對所有制問題提出，應該「把所有制的改變要根據生產力發展水平和農民覺悟程度來決定的意思寫進去」。這個思想，是對於多年來農業上的「左」的錯誤的總結和批評。
八字方針的具體內容，完全是為著解決嚴重失調的比例關係的，主要是解決積累和消費的比例關係和農輕重比例關係。對這個方針，從提出到貫徹執行始終存在著爭論，中心是調整是否必要。周恩來堅持了這八字方針，措施堅決，國家的經濟回升得比較快。到1963年冬討論1964年計劃時，又有人提出說調整任務已經完成了，又可以開始躍進了。周恩來認為還要調整，要一直調整到1965年。到1965年，我國糧食總產量接近1957年的水平，工農業總產值比1957年增長59％，積累和消費的比例關係基本上恢復正常，市場供應顯著改善，物價穩定，人民生活水平提高，經濟工作走上了軌道，可以健康迅速地向前發展了。