Theo Công ước luật Biển năm 1982 của Liên Hiệp Quốc thì toàn bộ vịnh Bắc Bộ là vùng chồng lấn. Trước năm 2000, giữa Việt Nam và Trung Quốc đã có nhiều thỏa thuận và đàm phán nhưng chưa đi vào giải quyết thực chất. Vào năm 2000, cuộc đàm phán về phân định vịnh Bắc Bộ được đẩy mạnh với 1 vòng đàm phán cấp chính phủ, 3 cuộc gặp liên tiếp giữa hai trưởng đoàn cấp chính phủ và 8 vòng đàm phán cấp chuyên viên. Nhìn chung Trung Quốc đòi hỏi chia đôi vịnh và dù thừa nhận rằng diện tích phần vịnh của Việt Nam có thể lớn hơn nhưng chênh lệch đó không đáng kể.[36]

Kết thúc đàm phán, Việt Nam nhận 53,23% diện tích vịnh Bắc Bộ trong khi Trung Quốc nhận 46,77% diện tích, chênh lệch là khoảng 8.205 km². Đường phân định vịnh ở cách đảo Bạch Long Vĩ 15 hải lý, đồng thời đảo Bạch Long Vĩ được khoảng 25% hiệu lực và đảo Cồn Cỏ được hưởng 50% hiệu lực.[36] Các nguồn tin chính thống của Việt Nam tuyên bố hiệp định phân định này là công bằng khi tỉ lệ diện tích phần vịnh giữa Việt Nam và Trung Quốc là 1.135:1, gần (về mặt số học là lớn hơn) tỉ lệ đường bờ biển ven vịnh của mỗi nước (chiều dài bờ biển phía Việt Nam khoảng 763 km, còn phía Trung Quốc khoảng 695 km,[36] tỉ lệ 1.097:1).[37]

Hiệp định này gây ra nhiều tranh cãi trong cộng đồng người Việt ở nhiều nơi, đặc biệt là những người sống ngoài nước Việt Nam. Họ cho rằng Công ước Pháp-Thanh 1887 phân chia vịnh có lợi hơn cho Việt Nam nên hiệp định mới là sai và thiệt hại cho phía Việt Nam.[37] Tuy nhiên, học giả Dương Danh Huy cho rằng "Công ước Pháp-Thanh và bản đồ đính kèm không nói rằng công ước đã phân định toàn bộ vùng biển trong vịnh Bắc Bộ, và vì khó có thể suy diễn rằng người ta phân chia cái người ta không cho rằng họ sở hữu, khó có thể cho rằng công ước này đã phân định toàn bộ vùng biển trong Vịnh Bắc Bộ." Vì vậy, phân định lại vịnh Bắc Bộ là điều cần thiết.[37]