G20峰會期間，國家主席習近平與日本首相安倍晉三舉行高峰會談，安倍首先談到北韓當日發射3枚彈道飛彈、全落在日本專屬海域是空前的行為，對於北韓在中國主辦G20峰會期間發射飛彈的暴衝舉止，日本堅決抗議，並將與美國、南韓密切聯繫會商。至於南海、東海問題，安倍表示，他在與習近平舉行高峰會談時，率直且明確地告訴習近平有關日本的立場與他個人的想法，指出處理南海問題要根據國際法，以和平的、外交的方式解決。安倍提到，日本政府認為中國的海警船等公務船頻頻靠近釣魚台，希望中國能自我克制，呼籲中方早日與日本制訂避免發生偶發性衝突的聯絡機制。
習近平對安倍表示，中日關係正處於「爬坡過坎、不進則退」的關鍵階段，希望日方在南海問題上要謹言慎行，在東海問題上加強溝通，避免對中日關係改善造成干擾。會談結束後，安倍在記者會上表示，雙方就重啟各方面對話達成了一致，就加快防務海空聯絡機制達成共識。他又說，有機會訪問絕美的西湖，要向熱情招待的杭州市民表示感謝。
習近平晚上8時與安倍晉三舉行會談，是相隔一年半後兩人再度會晤，不過會談比原定推遲了1小時。