В соседнем Китае тем временем в ходе жесточайшей борьбы к власти пришла маньчжурская династия Цин. Цины стремились превратить Приамурье в своеобразный буфер для зашиты своего государства на северо-востоке.
Трудно сказать, когда до маньчжурских властей дошли сведения о появлении русских в Приамурье. Прекращение поступления дани от северных племен заставило в конце концов маньчжурского императора Канси обратить внимание на свои вотчинные земли в южной и центральной частях маньчжурской равнины. После маньчжурского завоевания Китая эти земли остались не только без охраны, но и почти полностью обезлюдели. В Китае стали рассматривать русскую колонизацию Приамурья как угрозу границам империи. Не вступая ни в какие контакты с русскими, маньчжурское правительство приняло решение о пресечении подобной угрозы путем военной силы. Именно по этой причине все попытки русской администрации Якутска наладить на месте какие-либо дипломатические контакты с маньчжурской стороной кончались неудачей. Неудачей закончилась и попытка Москвы установить официальные торговые и дипломатические отношения с Китаем. Посольство Ф. И. Байкова, посланное в Пекин в 1654 г., вернулось ни с чем.
Тем не менее колонизация Приморья (Даурии) продолжалась. В 1656 г. на территории Приморья было образовано отдельное Даурское воеводство с подчинением ему всех казачьих партий и острогов по Амуру. Русским форпостом освоения этого края стал Албазинский острог. Однако цинские власти не желали мириться с русским присутствием в Приамурье. В 1658 г. маньчжурская флотилия из засады напала на русские суда в Корчеевской луке на Амуре, ниже устья Сунгури. В этом бою превосходящие силы маньчжуров нанесли серьезное поражение русским землепроходцам.
Открытые боевые действия в Приамурье с переменным успехом продолжались до 1665 г. После этого в борьбе за Амур наступил 18-летний период передышки. Неподготовленность цинской династии к крупномасштабным военным действиям заставила императора Канси пойти на переговоры с Москвой. В 1673 г. в Пекин было послано посольство дипломата и переводчика Посольского приказа Н. Г. Спафария. Главными целями посольства было установление постоянных дипломатических отношений с Цинской империей и сбор сведений о Китае. Однако длительные и тяжелые переговоры не дали результата. Цины считали себя сильной стороной и не были заинтересованы в установлении с Россией дипломатических отношений. Они делали упор на военном решении проблем. 1 сентября 1676 г. посольство Спафария, по сути, было выслано из Пекина.
В 1683 г. маньчжуры перешли к открытой вооруженной агрессии в Приамурье. В 1685 г. они захватили и разрушили крепость Албазин. В том же году крепость была восстановлена и значительно укреплена. Попытка маньчжурских войск взять Албазин вторично успеха не имела. Продвижению маньчжуров-цинов на север и северо-восток был поставлен заслон. Посольство Ф. А. Головина, посланное на Дальний Восток, должно было окончательно решить вопрос о границах между двумя государствами в Приамурье. Местом переговоров стал Нерчинск, под стенами которого маньчжуры сосредоточили войска, численно превосходившие русские.
В таких непростых условиях начались русско-цинские переговоры, которые завершились подписанием в 1689 г. Нерчинского договора. На условия договора, подписанного Головиным, во многом повлиял численный военный перевес Цинской империи над Россией на Дальнем Востоке в XVII в. Головин был вынужден уступить Цинской империи часть территории по левому берегу Амура, принадлежавшую русским с 40–80 гг. XVII столетия. В тяжелой обстановке переговоров посольство Головина сумело все же отстоять свое требование об обязательствах цинской стороны не заселять отходившие к империи русские земли. Важной победой русской дипломатии стало решение считать земли на востоке, «находящиеся в промежутке между рекой Удью и вершиной горы, указанной в качестве рубежа», неразграниченными. Они подлежали разделу между Китаем и Россией только в будущем. Наличие этого пункта в договоре позволяло русской стороне вновь вернуться к переговорам о границах в более благоприятной для нее обстановке.
В итоге Нерчинский договор установил только русско-китайскую границу по реке Аргунь, существующую и поныне. В районе же к северу от Амура какой-либо границы установлено не было. В целом Нерчинский договор имел большое значение для мирного развития русско-китайских отношений в последующий период. По возвращении в Москву в 1691 г. Федор Алексеевич Головин был пожалован в бояре и назначен наместником Сибирским, а также произведен в чин генерал-кригскомиссара.
В 1695 г. Ф. А. Головин в числе двух других главнокомандующих — Ф. Я. Лефорта и А. С. Шеина командовал русской армией в первом Азовском походе. В 1696 г. во время второго Азовского похода он как генерал-кригскомиссар командовал русскими кораблями, которые блокировали крепость Азов с моря. В ходе этой операции Головин захватил 2 корабля и 11 гребных судов противника с боеприпасами.
С 1697 г. Ф. А. Головин возглавлял Оружейную, Золотую и Серебряную палаты. В 1697–1698 гг. он в качестве второго посла вошел в состав Великого посольства, посетил Курляндию, Пруссию, Голландию, Англию, Австрию. Во время путешествия он активно участвовал во всех переговорах с иностранными дипломатами. Кроме того, Ф. А. Головин нанимал на русскую службу иностранных специалистов, договаривался о закупке корабельных пушек, парусины, якорей и другого снаряжения для русского флота.
В декабре 1698 г. Головин возглавил недавно образованный Приказ военно-морского флота, а также Монетный двор. По указу Петра I в честь Ф. А Головина была выбита серебряная медаль с изображением его портрета и фамильного герба. Около 1699 г. Петром I был учрежден первый в России орден Св. апостола Андрея Первозванного. Первым кавалером ордена стал Федор Алексеевич Головин. Именно из его рук царь Петр принял эту награду в 1703 г. за взятие шведских судов в устье Невы.
В апреле 1699 г. Головин был пожалован чином адмирала российского флота. В феврале 1700 г. он был назначен начальником Посольского приказа. До самой смерти Ф. А. Головин оставался руководителем внешней политики России и назывался «посольской канцелярии начальный презедент». В период проведения Петровских реформ Головин стал ближайшим и виднейшим сотрудником царя. Совместно с Петром Головин вел секретные переговоры о заключении договоров с Саксонией и Данией против Швеции. Вместе с думным дьяком П. Б. Возницыным он подготовил посольство Е. И. Украинцева в Константинополь.
Е. И. Украинцеву ставилась задача подписать мир с Турцией на условиях сохранения за Россией Азова, Таганрога и днепровских татарских городков. Кроме того, ему предписывалось вновь требовать свободы мореплавания для российских кораблей по Черному морю и проливам. Подкрепить это требование Петр решил с помощью демонстрации морской силы. Украинцева отправили в Стамбул на русском тридцати-пушечном корабле «Крепость», причем до Керчи его сопровождала первая русская эскадра в Азовском море из 22 военных кораблей более скромного ранга под командованием адмирала Ф. А. Головина.
Активное участие Федор Алексеевич принимал в организации русской регулярной армии. В августе 1700 г. он получил высший чин генерал-фельдмаршала. Головин не обладал достаточным военным опытом, но был исключительно предан Петру I. Последнее и определило принятие царем подобного решения. Формально назначением Головина генерал-фельдмаршалом достигалось единство командования русской армией. В то же время открывалась широкая возможность для самого Петра влиять на ход военных действий. Петр мог быть абсолютно уверенным в том, что любое его распоряжение будет в точности выполнено Головиным.
После Нарвского поражения 1700 г. в Северной войне Головин сопровождал Петра I в Биржи, где был подтвержден союз между Россией и Польшей. С 1701 г. он руководил Навигационной школой в Москве (в Сухаревой башне). Вместе с царем Головин посетил Архангельск и Соловецкий монастырь, участвовал в плаваниях по Белому морю, а в 1702 г. в осаде Шлиссельбурга.
В годы Северной войны Головин как глава Посольского приказа создал систему постоянных российских представителей за границей и руководил действиями русских послов: Г. Ф. Долгорукова в Польше, П. А. Толстого в Турции, П. А. Голицына в Вене, А. А. Матвеева в Гааге. Он вел обширную переписку с генералом Иоганном Рейнгольдом Паткулем и с гетманом И. С. Мазепой, получал сведения обо всех важнейших дипломатических актах и оказывал значительное влияние на русскую внешнюю политику.
В ноябре 1702 г австрийский император Леопольд I возвел Федора Алексеевича Головина в графское достоинство Священной Римской империи германской нации. Он стал вторым после А. Д. Меншикова русским, получившим этот титул.
