华人出洋承工事成为中国与西班牙必须而且无法回避的问题。陈兰彬赴古巴调查后奉朝廷命令，回国参与和配合总理衙门与西班牙关于古巴华工问题的交涉，他原来的“出洋肄业局”监督一职由区海峰接替。光绪元年（1875）十一月间，清政府委派陈兰彬为出使美国、日国、秘国三国公使，办理交涉问题，李鸿章说：“古巴章程未定，荔秋尚无起程之期。” 李鸿章：《朋僚函稿》，第495页。这样，在中国与西班牙关于古巴华工问题的谈判中，陈兰彬也就成了不可或缺的人物。也就是说，陈兰彬必须留在国内，等古巴章程办妥后，才能启程出使。
总理衙门向朝廷上一奏折，说明就古巴华工案，与西班牙谈判以及议定条约的经过。
古巴华工真相大白于天下，中国人民纷纷要求政府尽早解决。《申报》及时报道华工的情况：“华民到岛，寮主与之立约，既已定议，辄悔前言，所允工资给不及半，并一日之间休息者无多，稍有倦歇，即痛肆殴打，所给之食皆朽腐不堪入口，昼不得闲，夜不得息，稿项黄馘，无生人气。至期满求还契纸，则托言未满，或勒住再佣数年，另立合同。至工资则尽被除扣，种种苛待，不忍言状。计十余年出佣外洋者不下十余万人，而现存者不及一半。统计一年之中死者十之三四。而船主之贩卖与寮东之虐使如故，则此后数年中几无孑遗矣！” 《书本报述古巴华佣苦况后》，《申报》1877年10月30日。
在美、英、法、俄、德五国驻华公使的参与下，中国与西班牙进行关于如何保护古巴华工问题的谈判，并议定新条约。总理衙门拟定保护华工条款，与各国使臣定期数次会面与议论，西班牙及各国使臣亦具条款，后来又将彼此条款参酌合而为一。光绪元年（1875）春间，云南省发生了英国翻译官马嘉理被杀一案，英国公使威妥玛来函，“此案未结之前，所有与日国商量各议论，此后概不相预”。于是，中、西谈判暂停。自“滇案”议结，西班牙驻华公使伊巴里（Carlos Antonio de Espana）来到北京，多次与总理衙门“定期会议，未能就绪”，伊巴里前往烟台避暑，无从商办。后来伊巴里由烟台回京来，与总署晤论，彼此极力筹办，将从前所议各条目酌核增损，议出章程十六款，并互相画押。
谈判双方，清政府派总理各国事务大臣沈桂芬、毛昶熙、董恂、夏家镐、成林为全权大臣。西班牙为驻华公使伊巴理。谈判的分歧点是，总理衙门坚持先救现受凌虐之华工，以表明西班牙能保护将来去的华工，而后才可办招工。西班牙却力争“保工与招工并举”。总理衙门一再坚持：将身带疾病的华工送回；已满工之人，应由原招之外商照原约出资送回中国，并给予满工及出港凭据；中国在古巴设领事馆，详定保护华工的善策；设官以前须由西班牙尽力保护华工；禁止工主自设监狱；不能像对待黑人那样待我国华人等等。
光绪三年十月十三日（1877年11月17日），中国与西班牙签订了《古巴华工条款》共十六条。十月十六日（11月20日），总理衙门向朝廷上呈奏折，讲述陈兰彬查办古巴华工案及与西班牙商议古巴华工条款的过程。奏曰：
窃臣衙门于同治十三年十二月间奏陈出洋委员陈兰彬查访华工在洋承工情形一折，以所查华人承工各节极为详细，拟即分致各国使臣查照，并咨行南北洋大臣暨各关道知悉，将来仍邀各国使臣公同评断等因。复于光绪元年十一月间，奏派陈兰彬出使美国及日国秘国三国办理交涉事件，秘国日国均有应议华人出洋承工事宜。秘国已经李鸿章议有条款，日国则自陈兰彬查复后由臣衙门与日国并各国使臣会议，曾经臣等议定保护华工条款与各国使臣定期数次晤论。日国使臣丁美霞及各国使臣亦议具条款，复将彼此条款参酌合而为一。……将从前所议各条且酌核增损，议出章程凡十六款，彼此校阅画一，定于十月十三日将条款互相画押。 《总理衙门十月十六日奏稿》，见国家图书馆藏历史档案文献丛刊：《总署奏底汇订》第1册，第381-382页。
中国官方称十六款 陈翰笙主编：《华工出国史料汇编》第1辑，第2册，第921-926页。为“中国民人前往古巴如何优待条约十六款” 见附件一、二，陈翰笙主编：《华工出国史料汇编》第1辑，第2册，第926-927页。，该约翻译成西班牙文、法文和中文三种文本，由两国派全权大臣在北京正式签字。在前言中说明两国签约的目的：中国与西班牙“愿将中国人民前往古巴寓居之事，重新商订妥协，以期永无相左之处”。其主要内容突出在下面几个方面。
第一，西班牙不再使用诱拐掳掠方法获取华工，华工出国，必须出于情甘自愿。
这里包括第一至第四款。第一款规定取消1864年中国和西班牙签订的《天津条约》中“立约为凭招华人承工各节”，以后西班牙“既不招人出洋承工，自无庸立约为凭”。第二款规定，《天津条约》中“赔偿一层，两国互相罢论”。第三款规定，两国人民往来，无论单身，或携带家属，皆要出自“情甘自愿”，若发现在中国各口，或在他处诱拐掳掠华人，则“从严查办，均照本国律例，从重定拟罪名”。又允中国之人已在古巴或嗣后前往，一体以最优之例相待。第四款规定，华工愿往古巴不得拦阻。华民“自愿备川资往古巴居住者，大清国自此听其自便，并无禁阻之意”。
第二，采取保护华工的措施。
包括第五款至第七款。第五款内容是华人前往古巴要禀官领照。具体手续是，应先赴关道处报名挂号，请领盖印执照，送交西班牙领事官画押盖印，由关道发给。该华人上船出洋，船到古巴后，由该处该管官将关道原给盖印执照，送交中国领事官查验，如查无执照立将撤回。第六款内容是，中国在古巴设领事保护华工。中国派总领事官前往古巴哈瓦那驻扎，“清国所派之总领事、领事、副领事等员，大日国古巴各官自应尽力照料，令其易于称职，妥为保护在彼本国之民”。第七款的内容是古巴华人利益必须受到保护。在古巴的华人，“均准随便出岛他往”，亦可“在岛随便来往立业”。中国和西班牙双方应“妥设良法，俾令中国人等均能获此约内所言之益，与各大国在彼同类之人一例相待”。西班牙地方官应发给华人“准单”纸，以便“随便往来”。
第三，古巴华工的各种规章。
包括第八款至第十四款。第八款指出古巴华工词讼事例。中国人原被告赴署理论，该处谳局优待各国之例一律均沾。中国人有权“延请律师及传话之人”以及“前往该处日国谳局诉其冤枉”。第九款是派哈瓦那之总领事官与该岛官妥订章程，令已在古巴之华民及再来之华民，均报名挂号，立花名册，发给执照为据，应呈各府城庄寮查验。“其册存于中国总领事等官署内，每人由领事官发给执照一纸，以为业经报名之据。”第十款是古巴华工搭船则例。各国船只载华工前往者，须照各国所定章程安置，方准载人出洋。第十一款是古巴华工送还回籍章程。古巴华工之中有部分原为在中国读书，或作官的人及其亲属，西班牙答应负责迅速遣送回国；西班牙负责出资送回自愿离开古巴的中国孤寡妇女，以及年老力衰，不能工作的华人。第十二款是发给华工期满执照。在古巴合同之期已满之华工，应一体予以期满之执照一纸。其人要留在古巴或离开古巴，“均听其便”。第十三款指出，古巴如聚人过众准止华工前往。一旦“聚人过众，恐滋事端”，可以禁止华工前往，但地方官必须知照领事官。第十四款是古巴华工发给执照不得偏枯。即发给古巴华工的执照要一视同仁，无论是在古巴工期未满之华人，或是在古巴拘留的华人。未期满之华人，仍应按合同之期将工作满，与新到华人利益一律同沾。拘于各处工所之华人此约互换后一体放出，与在彼处华人一律相待。
第四，最后两款是关于条约处理问题。
第十五款规定古巴华工条款日后可以删改，但“应至少于一年之前预行知会”，以备日后详商。第十六款规定，“现今所立各条，应由两国御笔批准，于八个月限内，在大清国都中互换，或能先期互换均可。”
《古巴华工条款》于光绪四年十一月十三日（1878年12月6日）在北京交换批准。附件一叙述条约互换情况：
今于光绪四年十一月十三日，谨奉大清国大皇帝允准，谕旨用宝颁发汉文条款凭据，大日斯巴尼亚国大君主允准谕旨凭据，在中国京都总理各国事务衙门，由两国派换条约大臣同时互换，与光绪三年十月十三日两国大臣议立中国民人前往古巴如何优待条约十六款画押盖印三体文字条款详细校对，均系一律相符。彼此订明，将现换谕旨条款凭据，及各执一分之两国大臣画押盖印三体文字条款，一同永远遵守勿替。为此公立汉、日、法等文文凭各二纸，两国大臣同时画押盖印，各执二纸，声明前项各节，以垂久远，而昭信守。 陈翰笙主编：《华工出国史料汇编》第1辑，第2册，第926页。
在条约交换批准前，总理衙门与西班牙公使也互换照会。光绪四年十月十二日（1878年11月16日），西班牙公使照会总理衙门，对条约第六款作了回应。第六款规定中国派驻古巴总领事和领事等官，以保护华工。鉴于古巴“较他处尤难之情形”，西班牙方面提出，中国如派总领事、领事、副领事官，一定要慎重挑选尽职尽责之人，因为“若非慎重之人，难尽其责”。同时，这些官员，“务希专派中国本国之人”。 附件三，见颜世清：《约章成案汇览》，第219-220页。十月十三日（11月17日），总理衙门回复西班牙公使，一再说明，关于中国向古巴派总领事一节，总理衙门王大臣等早已“与贵大臣屡行筹议，已极详明，兹准前因，自当查照办理”。 附件四，见颜世清：《约章成案汇览》，第220页。同一天，总理衙门致日国公使照会，强调华人出洋要自愿，“此后倘有自愿出洋之华人，已经前赴该关道衙门报名挂号，领有该关道盖印执照，下船时忽又不愿出洋者，如该船船东、船主有借垫该华人银钱若干，该关道及该地方官应令该华人将亲立劵约呈验，相符后即行勒令如数缴还，倘有未能缴还情事，应由该关道及该地方官取具的保，俾归有著可也”。 附件五，见颜世清：《约章成案汇览》，第220页。同一天，西班牙公使回复总理衙门：“查如此办理，实于今已画押之条款易于得手，自应由本大臣即行转饬各口本国领事官查照，一切办理可也。” 附件六，见颜世清：《约章成案汇览》，第220-221页。
《古巴华工条款》的签订，宣布中国与西班牙过去签订的《天津条约》无效，西班牙政府还表示，今后在其领土上的华人将享有与其他国家的人相同的待遇。中国与西班牙谈判取得进展，与陈兰彬调查团的成功分不开。正因为古巴的调查取得了第一手数据，使中国获得国际舆论的支持，使西班牙殖民者在铁证如山的虐待华工事实面前无法抵赖，有力地打击殖民当局对华工视为奴隶，对华工任意奴役的嚣张气焰，真正起到“关其口，夺其气”的作用。