1997年制定《京都議定書》后，聯(lián)合國氣候變化工作的重心轉(zhuǎn)移到推進(jìn)《京都議定書》的實(shí)施，1998年啟動(dòng)了《京都議定書》實(shí)施細(xì)則的談判，包括4個(gè)部分。第一是遵約規(guī)則。第二是發(fā)達(dá)國家利用境外機(jī)制完成溫室氣體減排義務(wù)的談判，即《京都議定書》第六條規(guī)定的“聯(lián)合履行”、第十二條規(guī)定的“清潔發(fā)展機(jī)制”（Clean Development Mechanism，簡稱CDM）和第十七條規(guī)定的“排放貿(mào)易”規(guī)則的談判，俗稱“三機(jī)制談判”。第三是資金機(jī)制、技術(shù)轉(zhuǎn)讓和能力建設(shè)方面的談判。

第四是關(guān)于溫室氣體排放核算方法及核定發(fā)達(dá)國家基準(zhǔn)年溫室氣體排放量等技術(shù)性問題，其中最重要的是土地利用、土地利用變化及林業(yè)（Land use, land-use change, and forestry，簡稱LULUCF）。另外，還包括國際航空和國際航海排放的減排等重要議題。2001年底在摩洛哥馬拉喀什召開的第七次締約方會(huì)議達(dá)成了《馬拉喀什協(xié)定》，完成了《京都議定書》實(shí)施細(xì)則的談判。

在全球絕大多數(shù)國家的積極努力下，《京都議定書》于2005年2月17日生效。2005年12月在加拿大蒙特利爾召開的聯(lián)合國氣候變化框架公約第十一次締約方會(huì)議暨京都議定書第一次締約方會(huì)議上，達(dá)成了啟動(dòng)發(fā)達(dá)國家在《京都議定書》下第二承諾期減排義務(wù)的談判，會(huì)議同時(shí)決定在公約下啟動(dòng)一個(gè)長期合作對(duì)話進(jìn)程以提升公約現(xiàn)有義務(wù)的履行，其實(shí)質(zhì)是討論美國和發(fā)展中國家參與減排溫室氣體。

2007年在印尼巴厘島召開的《聯(lián)合國氣候變化框架公約》締約方第十三次會(huì)議暨《京都議定書》第三次締約方會(huì)議上，達(dá)成了“巴厘行動(dòng)計(jì)劃”，核心內(nèi)容包括：減排溫室氣體、適應(yīng)氣候變化、資金、技術(shù)轉(zhuǎn)讓及能力建設(shè)。會(huì)議決定利用兩年時(shí)間完成“巴厘行動(dòng)計(jì)劃”所確定議題的談判并于2009年在丹麥哥本哈根召開的會(huì)議上就這些議題達(dá)成協(xié)議。

這一時(shí)期，IPCC于2001年通過了氣候變化第三次評(píng)估報(bào)告，包括氣候變化的自然科學(xué)基礎(chǔ)、氣候變化影響、適應(yīng)和脆弱性、減緩氣候變化以及綜合報(bào)告。綜合報(bào)告所列出的結(jié)論后來成為了各國政府經(jīng)常引用的科學(xué)依據(jù)。2007年，IPCC通過了氣候變化第四次評(píng)估報(bào)告，更新和延續(xù)了第三次評(píng)估報(bào)告四個(gè)方面的內(nèi)容。

特別值得一提的是，在審查 IPCC第三次評(píng)估報(bào)告過程中，發(fā)達(dá)國家一直在推動(dòng)IPCC報(bào)告能夠給出明確的由于人為溫室氣體排放導(dǎo)致全球氣溫上升2oC就是危險(xiǎn)溫度的“Threshold（ 閾值）”這個(gè)結(jié)論。中國代表團(tuán)以大量的科學(xué)研究事實(shí)為依據(jù)，認(rèn)為這個(gè)結(jié)論缺乏科學(xué)依據(jù)。在2007年審批第四次評(píng)估報(bào)告時(shí)，仍然沒有足夠的科學(xué)依據(jù)支持2oC閾值這一結(jié)論。

在IPCC第四次評(píng)估報(bào)告通過不久，歐盟利用其主辦G8及“G8+5”會(huì)議的機(jī)會(huì)，把這個(gè)結(jié)論放入領(lǐng)導(dǎo)人宣言中，從此就有了“把全球溫升控制在2oC以內(nèi)”作為保護(hù)氣候目標(biāo)的說法。

這一時(shí)期，國內(nèi)出臺(tái)了一系列政策和措施，并利用國際組織和相關(guān)發(fā)達(dá)國家提供的資金和技術(shù)援助，全方位開展了氣候變化國際合作，包括制定和發(fā)布一系列實(shí)施CDM項(xiàng)目的指導(dǎo)原則和規(guī)定、建立中國CDM基金及運(yùn)行規(guī)章等。在開展國際合作方面，主要包括溫室氣體減排的工程示范項(xiàng)目、能力建設(shè)項(xiàng)目和CDM項(xiàng)目。