Wymiar dwustronny Partnerstwa Wschodniego to relacje Unii Europejskiej z poszczególnymi krajami partnerskimi. 

Trzy spośród sześciu krajów partnerskich, tj. Ukraina, Gruzja i Mołdawia, podpisały Umowy Stowarzyszeniowe (Association Agreement - AA), których elementem są także przepisy dotyczące ustanowienia tzw.  „pogłębionych i kompleksowych stref wolnego handlu” (Deep and Comprehensive Free Trade Area – DCFTA). 1 września 2014 r. rozpoczęto tymczasowe stosowanie Umów Stowarzyszeniowych z Mołdawią i Gruzją. Część  polityczna Umowy z Ukrainą weszła w życie 1 listopada 2014 r., natomiast wdrażanie części porozumienia dotyczącego wolnego handlu - od 1 stycznia 2016 r. Armenia zakończyła negocjacje AA/DCFTA w lipcu 2013 r., ale odstąpiła od podpisania umowy we wrześniu 2013 r. w związku z przystąpieniem do Unii Celnej (obejmującej również Rosję, Białoruś, Kazachstan i Kirgistan), które miało miejsce w styczniu 2015 r. W grudniu 2015 roku rozpoczęły się negocjacje między UE a Armenią  w sprawie ustanowienia nowej bazy prawnej dalszych relacji (tzw. Nowe Porozumienie Ramowe). Azerbejdżan, który nie negocjował DCFTA, gdyż nie jest członkiem Światowej Organizacji Handlu (WTO), wyraża zainteresowanie podpisaniem Porozumienia Strategicznego z UE. Białoruś, również pozostająca poza WTO, nie negocjuje Umowy Stowarzyszeniowej, ale jest zainteresowana ustanowieniem bazy prawnej relacji z UE.  Różne cele i oczekiwania poszczególnych krajów Partnerstwa Wschodniego wobec UE wpisują się w wypracowywaną obecnie w Europejskiej Polityce Sąsiedztwa zasadę dyferencjacji, tj. uwzględniania różnych interesów, ambicji i poziomu zaangażowania  państw partnerskich w kształtowaniu ich relacji z UE.

W ramach Partnerstwa Wschodniego podejmowane są także działania mające na celu stopniową liberalizację reżimu wizowego, prowadzącą docelowo do całkowitego zniesienia wiz. Wprowadzenie ruchu bezwizowego jest uzależnione od spełnienia przez państwa partnerskie warunków dobrze zarządzanej i bezpiecznej mobilności obywateli. Pierwszym krokiem są umowy o ułatwieniach wizowych i readmisji (Visa Facilitation Agreement, Readmission Agreement – VFA&R). Podpisanie VFA skutkuje niższym kosztem krótkoterminowej wizy Schengen, uproszczoną procedurą dotyczącą składania wniosków wizowych oraz wprowadzeniem kategorii obywateli mogących ubiegać się o bezpłatne wizy (m.in. dzieci, emeryci, studenci, sportowcy, dziennikarze, uczestnicy programów wymiany kulturalnej). Następnie zainteresowane państwa wdrażają dwufazowy Plan Działania ws. Liberalizacji Wizowej (Visa Liberalisation Action Plan – VLAP), obejmujący szereg dostosowań ustawodawczych i implementacyjnych w obszarach: 1) bezpieczeństwa dokumentów, 2) zintegrowanego zarządzania granicami, migracją i kwestiami azylowymi, 3) porządku publicznego i bezpieczeństwa, 4) stosunków zewnętrznych i praw podstawowych. Najbardziej zaawansowana w procesie liberalizacji wizowej  jest Mołdawia, której obywatele od kwietnia 2015 mogą wjeżdżać do UE bez wiz (warunkiem jest posiadanie paszportu biometrycznego i pobyt nie dłuższy niż 180 dni). W grudniu 2015 r. Komisja Europejska wydała pozytywne rekomendacje ws. wypełnienia drugiej fazy VLAP przez Gruzję i Ukrainę. Wprowadzenie przepisów umożliwiających ustanowienie reżimu bezwizowego wymagać będzie akceptacji Parlamentu Europejskiego i Rady (tj. wszystkich państw członkowskich UE). Armenia i Azerbejdżan także odnotowały postępy w procesie liberalizacji wizowej. Od 2014 roku oba kraje mają zawarte z UE umowy o ułatwieniach wizowych i readmisji, które weszły w życie odpowiednio 1 stycznia i 1 września 2014 r. Armenia zgłasza także wolę rozpoczęcia procesu VLAP. Od stycznia 2015 trwają negocjacje analogicznych umów z Białorusią.