在《公约》生效一年之后，第一次缔约方大会于1995年3月在德国柏林召开，会上各方通过了“柏林授权”，决定启动一个进程来强化附件一国家的承诺。根据这一授权成立的柏林授权特设工作组（AGBM）从1995年8月至1997年10月间共组织召开了8次会议。最后的谈判一直持续到1997年底的于日本京都举行的第三次缔约方大会，《京都议定书》最终达成。

《京都议定书》的达成不但朝着《公约》的既定方向迈出了关键一步，也继承了《公约》谈判的高效节奏。《京都议定书》的达成在当时无疑是应对气候变化国际进程的一个重大胜利。《京都议定书》的重要性首先体现在首次确定了具有法律约束力的量化减排指标，不但设置了发达国家集体目标，即在2008-2012年第一承诺期内排放量年均在1990年水平上减少5.2%。同时，每个国家还确定了各自的减限排目标。

《京都议定书》的另外一项重要成果是其确立的三种灵活机制，排放贸易、联合履约和清洁发展机制，可以说这将是《京都议定书》最为重要的遗产。这三种灵活机制源于《公约》所倡导的成本有效原则，即通过经济手段为承担减排义务的缔约方提供履约的灵活性。例如履约成本高的发达国家可以通过排放贸易向成本低的缔约方购买减排量以降低其减排成本。另外，发达国家可以协助发展中国家实施具有额外减排效果的行动，从而将取得的减排量用于自身的履约。从实施效果来看，这三种灵活机制的设立不但达到了其最初的设计目的，而且取得巨大的额外效应。不但证实了经济减排手段的有效性，清洁发展机制的开展大大提高了发展中国家应对气候变化的意识以及更大范围开展减排行动的信心。正所谓失之东隅，收之桑榆。清洁发展机制产生的效果对于后续巴厘路线图进程的启动起到了很好的推动作用。

《京都议定书》第三个重要但不一定成功的成果是其法律形式。《京都议定书》包含了一个具有法律约束力的国际协议所应具有的要素，包括目标和时间表、灵活机制、机构设置、核查规则、生效条件、履约机制等，是一个理论上完备的法律文书，几乎可以作为环境类议定书的范本。然而其最终在实践中的失败使得后续寻找一个兼顾理论完整与现实可行的法律形式面临着巨大的挑战。

尽管《京都议定书》文本顺利达成，但在谈判过程中美国已经强烈和明确地表达出其对具有法律约束力的量化减排目标以及发展中国家不承担实质性义务的关切。1997年6月的伯德-哈格尔决议案以95-0全票通过，明确提出美国不应该签署只包含发达国家减排承诺的法律文书。这基本宣告了《京都议定书》不可能通过美国国会的核准。而当时的克林顿政府签署《京都议定书》之后并未打算正面解决核准问题，而把这个问题留给了下一届的小布什政府。代表着石油工业利益的小布什政府不出所料地在2001年明确宣布美国将不准备核准《京都议定书》。受此影响，气候变化国际合作进程由此进入了一个很长的低潮期。

《京都议定书》达成之后，国际社会面临着两大重要任务，一是如何保证《京都议定书》的有效实施，虽然《京都议定书》已经达成，但有诸多技术性细则需要进一步完善，特别是涉及到核算规则、灵活机制实施细则、履约机制等。这些技术性问题消耗了大量的时间，特别是如何使用碳汇，成为其中争议最大的问题之一。从1998年的“布宜诺斯艾利斯行动计划”开始，经过了2000年海牙会议戏剧性的失败，通过2001年6月份的波恩续会，谈判一直持续到2001年底才通过了“马拉喀什协定”，一揽子地解决了这些问题。第二个主要问题是《京都议定书》达成之后，如何进一步强化《公约》下的承诺，也就是发展中国家如何承诺的问题。1998年的第四次缔约方大会上，各方就此问题展开了激烈的交锋，虽然最终各方同意现有承诺不足以实现公约最终目标，发展中国家坚持应该强化发达国家的承诺而不是要求发展中国家承担新义务。最后，关于承诺审评的进程无法形成任何结论，一直到今天仍作为历次缔约方大会中悬而未决的议题之一。这也破坏了《公约》进程最初的设计理念，成为《公约》进程转入低潮期的重要影响因素。

新的进程受阻又加上美国拒绝核准《京都议定书》，进入新世纪后，国际社会在应对气候变化问题上的热情遭到极大的打击，挽救《京都议定书》成了保全《公约》进程的首要任务。根据《京都议定书》的相关规定，《京都议定书》生效需要超过55个公约缔约方核准，其中发达国家缔约方1990年二氧化碳排放量应占所有发达国家缔约方排放量的55%。美国拒绝核准之后，俄罗斯是否核准成了《京都议定书》能够生效的关键。经过欧盟和俄罗斯之间多次政治博弈，最终俄罗斯于2014年底核准了《京都议定书》。2005年《京都议定书》第一次缔约方大会终于在加拿大的蒙特利尔召开，《马拉喀什协定》的多项决议终于得以最终通过。

根据《京都议定书》第3.9条的规定，各方要在第一承诺期结束前7年开始审议后续承诺期的承诺目标。《京都议定书》历经磨难最终还是在这一时间点前生效，因此启动后续承诺期减排目标的审议马上成为《京都议定书》第一次缔约方会议的重要议题。单纯审议附件一国家在《京都议定书》后续承诺期的目标显然不是发达国家希望看到的，因此虽然这一进程如期启动，一直无法取得实质性的进展。而发达国家特别是欧盟一直在蓄势启动一个新的进程，力图将发展中国家和美国的承诺纳入其中。

总体上讲，这一阶段呈现出虎头蛇尾的特征，《京都议定书》达成无疑是这一阶段最大的政治性胜利。从整个气候变化谈判进程来看，这一阶段最大的成果还是美国拒绝核准《京都议定书》之后国际社会对这个问题的反思。从《公约》到《议定书》的顺利达成，使得人们认识到在应对气候变化问题困难方面缺乏充分的估计，过于乐观。而2000年之后，气候变化进程进入低潮期，人们开始从理想化逐渐转向现实化，这一段的反思从长期来看有益于气候变化国际合作进程的健康发展。同时，在技术层面，大量具体实施细则得到了确立，2005年后清洁发展机制在发展中国家的成功实施，对促进可再生能源的发展和增强发展中国家应对气候变化的意识和可行性做出了巨大的贡献，这些都为新进程的启动打下了良好的基础。