2005年
5月，朝鮮宣布從核反應堆內取出8000根廢燃料棒，並稱由於美國布什政府2002年12月撕毀了以提供輕水反應堆為核心內容的朝美框架協議，並以核武器對朝鮮進行威脅，朝鮮重新啟動了根據框架協議凍結的5兆瓦核反應堆，並恢復了5萬千瓦和20萬千瓦核反應堆的建設工作。
9月19日，第四輪六方會談經過兩個階段的艱苦談判，與會各方一致通過了六方會談啟動以來的首份共同聲明：朝方承諾，放棄一切核武器及現有核計劃；美方則確認，無意以核武器或常規武器攻擊或入侵朝鮮；朝方聲明擁有和平利用核能的權利，其他各方對此表示尊重。
此後，美國財政部認定朝鮮利用澳門匯業銀行賬戶從事洗錢和製造假美鈔的活動，下令美國金融機構中斷與這家銀行的商業往來。澳門匯業銀行隨即中止了與朝鮮的業務，包括凍結朝鮮政府存在銀行的2500萬美元資金。朝鮮則否認美國的指控。
11月，朝核第五輪六方會談第一階段會議在北京舉行，會議最終達成具有指導意義的《主席聲明》。各方重申將根據“承諾對承諾、行動對行動”原則全面履行共同聲明，早日實現朝鮮半島無核化目標，維護朝鮮半島及東北亞地區的持久和平與穩定。
2006年
朝美雙方圍繞“偽造美元”和“金融制裁”問題爭執不下，六方會談陷入僵局。美國聲稱“金融制裁”針對的是非法行為，與六方會談“無關”。朝鮮認為，美國沒有證據就對朝鮮實行“金融制裁”，表明美國依然對朝鮮實行敵視政策。朝鮮強調，美國必須解除“金融制裁”，否則朝鮮不會重返六方會談。
7月6日，朝鮮外務省發言人證實，朝鮮確實發射了導彈，但此舉是朝鮮“加強自衛國防力量的軍事訓練的一部分”，與旨在解決朝鮮半島核問題的六方會談無關。朝鮮通過對話和協商實現朝鮮半島無核化目標的決心“至今沒有變化”。7月15日，聯合國安理會以15個成員國一致贊成的方式通過了關於朝鮮試射導彈問題的第1695號決議，對朝鮮導彈試射表示嚴重關切和譴責，要求朝方重新作出暫停導彈試驗的承諾。朝鮮外務省16日發表聲明，強烈反對1695號決議，表示朝鮮將不受這一決議的任何約束。
10月3日，朝鮮外務省發表聲明，宣布朝鮮將在科學研究領域進行核試驗，並強調朝鮮希望通過對話和協商實現朝鮮半島無核化的原則立場“沒有變化”。聯合國安理會6日發表主席聲明，要求朝鮮取消計劃中的核試驗，立即無條件重返六方會談，並警告朝鮮，如果無視國際社會勸阻堅持進行核試驗，安理會將採取進一步行動。10月9日，朝鮮宣布成功地進行了一次地下核試驗。朝鮮此舉引起國際社會的極大關注。10月14日，聯合國安理會一致通過第1718號決議，對朝鮮核試驗表示譴責，要求朝方放棄核武器和核計劃，立即無條件重返六方會談，並決定針對朝方核、導等大規模殺傷性武器相關領域採取制裁措施。
12月18日至22日，第五輪六方會談第二階段會議於在北京舉行。會後發表第四份《主席聲明》，以“兩個重申”向外界傳達了六方在本階段會談中取得的共識：重申通過對話和平實現朝鮮半島無核化是各方的共同目標和意志；重申認真履行9.19共同聲明，根據“行動對行動”原則，盡快採取協調一致步驟，分階段落實共同聲明。
2007年
2月13日，第五輪六方會談第三階段會議通過了《落實共同聲明起步行動》的共同文件（2.13共同文件），內容包括朝方關閉並封存寧邊核設施，以及各方同意向朝鮮提供價值相當於100萬噸重油的經濟、能源及人道主義援助，其中首批援助為5萬噸重油。按照文件規定，與會各方應在4月14日前落實文件內容。
3月13日至14日，國際原子能機構總幹事巴拉迪對朝鮮進行訪問，朝方表示願與國際原子能機構合作，關閉寧邊核設施。
3月19日至22日，第六輪六方會談在北京舉行。會後各方發表了第一階段會議主席聲明。各方重申將認真履行在9.19共同聲明和2.13共同文件中做出的承諾。
6月21日至22日，朝核問題六方會談美國代表團團長、美國助理國務卿希爾訪問朝鮮。訪問期間，他與朝鮮外相樸義春，副外相、六方會談朝鮮代表團團長金桂冠“舉行了很好的會談” 。22日，希爾在首爾說，朝鮮已經準備迅速關閉寧邊核設施。25日，朝鮮外務省發言人在平壤宣布，被凍結在澳門匯業銀行的朝鮮資金轉移問題已經解決。朝鮮將開始履行朝核問題六方會談達成的《落實共同聲明起步行動》共同文件。26日，國際原子能機構工作代表團一行4人抵達平壤，開始對朝鮮進行訪問。訪問期間，代表團與朝鮮原子能總局官員進行了多次會談，並在朝方的大力協助下視察了寧邊地區的核設施。代表團團長、國際原子能機構副總幹事海諾寧說，通過會談，代表團已經與朝鮮方面就關閉和封存寧邊核設施的驗證程序問題達成了共識。
7月14日，在韓國運送的第一批6200噸重油抵達朝鮮先鋒港後，朝方關閉了寧邊核設施。
7月20日，第六輪六方會談團長會議在北京閉幕並發表新聞公報，各方就下一階段工作達成四點框架共識，並制定了三步驟實施“路徑”。
8月2日，美方首席代表、助理國務卿希爾說，朝鮮已同意在2007年底前全面申報其核計劃並使所有核設施“去功能化” 。9月1日至2日，美朝雙邊工作組第二輪會談在日內瓦舉行，雙方就朝鮮全面申報其核計劃並使所有核設施“去功能化”達成共識。
10月3日，朝核問題第六輪六方會談第二階段會議通過了《落實共同聲明第二階段行動》共同文件，即“10.3共同文件”。根據文件，朝鮮將在2007年年底前完成寧邊核設施的去功能化並全面申報核計劃，美國將根據朝方行動履行其對朝承諾。
11月1日，美國核專家組抵達朝鮮，參與寧邊核設施的去功能化工作。
11月27日至29日，由中國、韓國、日本、美國和俄羅斯等5國官員和專家組成的10人調查團抵達平壤，對朝鮮核設施去功能化情況進行了實地調查。調查團成員之一、中國外交部朝鮮半島事務大使陳乃清說，目前去功能化工作總體進展順利。
12月3日至5日，美國助理國務卿、朝核問題六方會談美國代表團團長希爾訪問朝鮮，考察寧邊核設施去功能化的進展情況，並與朝官員討論朝申報核計劃問題。5日，希爾轉交了美國總統布什給朝鮮最高領導人金正日的親筆信。布什在信中談及兩國關係正常化是最終目標。
12月14日，美國總統布什在華盛頓再次呼籲朝鮮全面申報其核計劃和核擴散行為。
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