美印之間的這份核能合作協議是布希本次訪問印度的中心議題。直到最後一分鐘，雙方一直在具體問題上磋商。在飛往印度的總統專機上，美國官員還在通過電話繼續談判。到達新德里後，雙方又徹夜舉行會談。

周四，印度總理辛哈在與布希會晤後宣佈，雙方就民用核能合作協議的細節達成了一致。這份協定被認為具有歷史意義。美國取消了對印度長達30年的制裁，允許向印度輸出民用核技術及核原料。1974年印度首次進行核試驗後，美國和一些西方國家禁止向該國輸出核技術。這一協議為印度開啟了獲得西方核技術的大門。

印度總理辛哈說：「這一協議使印度在世界核秩序中獲得了應有的位置。由此，我們核武計劃的存在意義得到了認可。同時在民用核能的方面，我們有幸成為國際合作的一員。」

儘管印度至今沒有簽署不擴散核武器條約，美國還是承認了其核大國的地位，這在全球範圍是個例外。布希則表示，發展核電不僅有利於印度經濟增長，而且能緩解對石油和天然氣的需求，因此對全世界都有益。但印美核能合作的意義不僅限於經濟領域，印度安全問題專家卡爾納德認為：

「印度政府相信，這一協議將推動印度與美國的接近。這一態度也得到了美國方面的回應。這份協議反映的政治象徵意義超過了經濟上的必要性以及對能源的需求。」

印度希望通過布希的訪問加強兩國的戰略夥伴關係，密切經濟交往。冷戰時代，印度與美國關係緊張，而向蘇聯尋求支持。進入90年代後，核試驗和印巴矛盾又給雙邊關係蒙上陰影。但一段時間來，兩國都認識到了對方的重要意義。布希指出：

「印度和美國的戰略夥伴關係建立在共同價值的基礎上。兩國都重視法制和宗教多元性。過去我們之間有隔閡，很少接觸，但現在兩國關係發生了巨大變化，美國人民需要理解，發展與印度的貿易和外交關係是符合美國利益的。」

中國對印美簽署核能協議反應謹慎。外交部發言人秦剛周四對媒體表示，印美兩國在核能方面的合作應遵守國際禁止核擴散的有關規定和準則。

協議也給印度規定了相應的義務。印度必須將軍事和民用的核設施區分開來，而民用核設施將置於國際原子能機構的監督之下。

印度對美國的接近舉動在國內引起了爭議，在印度共產黨和穆斯林團體的組織下，數千人在布希訪問期間舉行示威，稱美國的對外政策是「帝國主義侵略」。

周四，美國駐巴基斯坦卡拉奇領事館遭炸彈襲擊，一名美國外交官遇難身亡。但布希仍將按計劃於周六前往巴基斯坦首都伊斯蘭堡進行訪問。