赫鲁晓夫为夺回声望，于是在九月提出了更高的采购价格、强化农民自留地等政策，并进一步计划开垦哈萨克斯坦和西伯利亚的荒地。一九五四年春夏期间，赫鲁晓夫鼓动三十多万志愿者来到东部垦荒，由于缺乏调查和准备，这场运动在几年内演变为农业和生态上的灾难。赫鲁晓夫还对公众开放了克里姆林宫，在民众中产生了巨大的反响。在此期间，暗中搞垮马林科夫的计划也在秘密进行着。赫鲁晓夫让法院调查团追查一九四九年发生的列宁格勒案件，他知道这起调查最终会把马林科夫牵扯进来。一九五四年间，赫鲁晓夫逐渐赢得布尔加宁、莫洛托夫、卡冈诺维奇、伏罗希洛夫、米高扬等人的支持。一九五五年二月的最高苏维埃会议上，赫鲁晓夫及其支持者指控马林科夫对列宁格勒案件中的责任，最终马林科夫被解除了总理职务。
搞垮马林科夫后，赫鲁晓夫与莫洛托夫的矛盾逐渐升级。莫洛托夫反对赫鲁晓夫的垦荒政策，他更倾向于对已耕作的土地进行投资，同时他还对赫鲁晓夫住房政策表示不满。在外交政策上，莫洛托夫坚持认为南斯拉夫为修正主义国家，而赫鲁晓夫率领的代表团却抛下莫洛托夫于一九五五年五月主动访问了贝尔格莱德。在七月的全体会议上，赫鲁晓夫和主席团的所有其他成员对莫洛托夫展开了围攻，莫洛托夫被迫认错。赫鲁晓夫没有立即清算莫洛托夫，会议后他依然担任外交部长和主席团成员。
一九五五年底时，数以千计的政治犯从古拉格劳改营中被释放回家。在苏xxx代会之后，平反政策落实的人数已达到了几十万人。在搜集材料、促使重审案件和释放犯人的工作中，赫鲁晓夫发挥了带头作用。他还建议调查并通报斯大林的罪行。这引起莫洛托夫、卡冈诺维奇等人的反对。一九五六年二月十四日，苏联xxx第二十次代表大会在莫斯科克里姆林宫召开。参加会议的有苏联的一千三百五十五名代表、来自五十五个国家工人政党使节和所有东欧共产主义国家领导人。在会上，赫鲁晓夫数次抨击党内存在的xxx现象，但没有提到斯大林的名字。二月二十五日党代会结束后，代表们突然收到通知，参加了一次事先没有计划的秘密会议。在“秘密报告”《关于xxx及其后果》中，赫鲁晓夫情绪激动的谴责了斯大林大清洗和驱逐少数族裔的罪行，猛烈抨击了他农业政策带来的灾难，还攻击了他军事指挥上的无能，并在最后表示要重新回到列宁主义的路线上来。讲话共持续了四个小时，报告的内容使代表们大为震惊，以至于“会场内一片寂静，连针掉在地上的声音都能听见”。会议结束时，赫鲁晓夫要求代表们“不要把话题扩散到党外，更不用说媒体了”。然而在三月，赫鲁晓夫将一份报告文本作为材料发放到党组织里，供七百万党员和一千八百万共青团员讨论学习。同时，以色列情报机构在华沙获得了秘密报告文本，并于四月送到美国中央情报局手里。一九五六年七月四日，《纽约时报》将其刊登。秘密报告的公开给共产主义集团带来一波猛烈的政治震荡，引发了苏联国内及其卫星国的一系列骚乱。
赫鲁晓夫秘密报告的发表，引起格鲁吉亚民族主义者和斯大林主义者的强烈不满。他们在纪念斯大林逝世三周年之际，在第比利斯和其他大城市举行对斯大林的悼念活动，并逐渐转化为针对秘密报告的抗议和示威。一九五六年三月四日起，第比利斯的示威者高举斯大林画像，高呼“斯大林主义万岁”、“打倒赫鲁晓夫”等口号，并强制征用公共汽车和电车在市内游行。三月十日，苏联当局使用部队和坦克驱散游行，部队和示威人群发生了冲突，最终士兵向人群开枪。由于官方没有正式报告，估计的伤亡人数大约在一百零六人至八百人之间，有数百人受伤，超过二百被逮捕。
一九五六年，波兰人民共和国因肺病在莫斯科疗养的领导人博莱斯瓦夫.贝鲁特在读到赫鲁晓夫的一份秘密报告文件时，突然心脏病发作，于三月十二日逝世。面对波兰国内日渐升温的反苏和反俄罗斯情绪，赫鲁晓夫于三月来到华沙参加了贝鲁特的葬礼，并向波兰政府做出含糊其词的解释。一九五六年六月二十八日，波兹南发生了大规模的罢工和游行活动。示威者打出“我们要面包”的标语，要求波兰当局提升工人工资和减少税收。由于政府缺乏谈判的诚意，游行最终演变为骚乱。二十九日波兰政府派出装甲部队进入波兹南，并与次日平息骚乱。据官方统计，波兹南事件共造成七十四人死亡，八百人受伤，六百五十八人被拘捕。
一九五六年七月，波兰二届七中全会推举曾因“右倾民族主义”入狱的瓦迪斯瓦夫.哥穆尔卡担任波兰领导人，并解除了苏联派来的康斯坦丁.罗科索夫斯基国防部长的职务。闻讯后的赫鲁晓夫立即向波党提出进行磋商的邀请，但波党以将召开八中全会为由拒绝了邀请。十月十九日赫鲁晓夫突然单方面飞抵华沙，他一下飞机就愤怒的向波兰代表大吵大嚷，同时苏联军队也在向华沙推进。在哥穆尔卡的说服下，赫鲁晓夫最终同意苏军将不使用武装干涉，并将罗科索夫斯基调回苏联。
一九五五年，匈牙利人民共和国斯大林主义领导人拉科西.马加什以“右翼分离主义”的罪名将有改革思想的总理纳吉.伊姆雷开除出党，这使匈牙利变成一个火药桶，而赫鲁晓夫的秘密报告则将匈牙利彻底点燃。一九五六年十月二十三日，布达佩斯学生举行了规模浩大的游行示威，庆祝哥穆尔卡在波兰的上台，要求匈牙利也进行类似的改革，重新任命纳吉为总理。示威群众还将斯大林雕像推倒。当天深夜匈牙利安全部队向示威人群开枪。十月二十四日早晨，苏军的坦克开进布达佩斯，这却使匈牙利的矛盾全面激化。十月三十日，赫鲁晓夫在朱可夫等人的建议下决定撤出匈牙利的苏军。然而匈牙利的局势已经完全失控，愤怒的群众袭击了布达佩斯xxx总部，并将数位安全警察处以私刑。同时纳吉呼吁匈牙利退出《华沙条约》组织。赫鲁晓夫在经历一番犹豫之后于十月三十一日发出命令，苏军随后再次进入匈牙利。十一月四日，革命最终被苏军镇压。匈牙利有两千五百人死亡，一万三千人受伤。纳吉也于一九五八年被处决。
东欧的骚乱使赫鲁晓夫声望受损，他的反对者则借机迅速联合起来，莫洛托夫、卡冈诺维奇、伏罗希洛夫、马林科夫、布尔加宁以及赫鲁晓夫的门徒季米特里.谢皮洛夫密谋，共同向赫鲁晓夫发难。一九五七年六月十八日，布尔加宁招呼赫鲁晓夫参加在克里姆林宫举行的部长委员会会议。会议上，莫洛托夫、卡冈诺维奇、马林科夫向赫鲁晓夫展开猛烈的批评和围攻，反对派的人数优势使赫鲁晓夫陷入十分不利的境地。赫鲁晓夫和米高扬于是采用拖延战术，将会议延迟到第二天。十九日，由于任命过很多地方官员，赫鲁晓夫要求召开中央委员会全体会议，他的支持者也准备将委员们运送到莫斯科来。六月二十二日全体会议召开，会上朱可夫严厉地指责莫洛托夫、卡冈诺维奇、马林科夫在斯大林时代大清洗中的罪行，反对派最终被击败。赫鲁晓夫指控反对派为“反党集团”，并将他们从中央主席团驱逐出去。莫洛托夫被降职为苏联驻xxx大使，其他反对派成员也被远调至莫斯科以外的地方任职。朱可夫在协助赫鲁晓夫清除“反党集团”后成为了主席团的重要成员，个人威望日渐升高，这引起了赫鲁晓夫的怀疑和恐惧。一九五七年十月十九日，当朱可夫踏上前往巴尔干的航程时，赫鲁晓夫在一些主要将军的支持下，于主席团通过了一项谴责朱可夫的决议。朱可夫闻讯于五天后返回莫斯科，中央委员会全体会议对他展开了一致的批评，并撤销了他国防部长的职务。
斯大林去世后，苏联的文化艺术领域逐渐解冻。赫鲁晓夫在任期间，一些具有改革思想和批评苏联现状的作品得到发表，他本人则致力于平衡自由主义和保守主义的关系。作家弗拉基米尔.杜金采夫于一九五六年发表了长篇小说《不单单是为了面包》，讲述了理想主义的工程师被冷酷的官僚所毒害的故事。同年十一月文学年鉴《莫斯科文学》出版，其中的部分诗歌表达了去斯大林化的积极影响。赫鲁晓夫担忧知识分子的自由化倾向，他批评杜金采夫的文章“某些章节写的很有力度”，但“思想基础是错误的”。同时他还多次指责《莫斯科文学》是“意识形态谬误的”。一九五七年，鲍里斯.帕斯捷尔纳克的小说《日瓦戈医生》由于在苏联国内遭拒绝出版，被偷运到意大利米兰发表，这使他获得了一九五八年的诺贝尔文学奖，却被苏联的保守主义者视为叛徒行径，《真理报》将其作品批判为“低级反动的作品”，苏联作家协会也开除了他的会籍。同时，赫鲁晓夫发起了批判帕斯捷尔纳克的运动，但在回忆录中，他宣称“对《日瓦戈医生》感到矛盾，一度考虑同意出版，后来又对未能出版感到后悔。”赫鲁晓夫下台后看了这部小说，他重新评价道：“我们不应该禁止它。我本应该亲自看看这本小说，里面并没有什么反对苏联的意思。”一九六二年，亚历山大.索尔仁尼琴描写劳改营生活的中篇小说《伊凡.杰尼索维奇的一天》得到了赫鲁晓夫的推崇，同年十二月在赫鲁晓夫的建议下，中央主席团允许将其改版后公开发表。
一九六二年十二月，赫鲁晓夫参观了在莫斯科马奈日展览厅举行的先锋派美术展。观赏后赫鲁晓夫大发雷霆，他将艺术家的作品形容为“狗屎”。一周之后，《真理报》撰文呼吁净化文艺领域，这引起了画家、作家和电影工作者的抵制，赫鲁晓夫再一次将怒气发泄到他们身上。尽管如此，艺术家中没有人因此而被逮捕和被放逐，马奈日艺术展依然保持开放。
赫鲁晓夫执政期间，尝试对苏联的经济，特别是农业进行改革。为了扩大谷物生产，赫鲁晓夫提出开垦荒地的办法。一九五四年二月党中央全会通过决议，决定在哈萨克斯坦和西伯利亚大规模开垦荒地。从一九五四年到一九五八年间，政府为开荒投资六十七亿卢布，动员数十万志愿者到东部地区落户，共开垦出四千万公顷的土地。一九五八年苏联农业丰收，垦荒区共收获谷物五千八百五十万吨，占当年全苏粮食总产量的百分之四十以上。但垦荒政策也带来了生态上的灾难，六十年代初垦荒区风沙侵蚀日益严重，几十万公顷新开垦的土地被破坏。
一九五八年六月，苏联政府取消集体农庄对国家的义务交售制，把它改为农产品采购制，并提高农产品的收购价格。从一九五二年到一九xxx年期间，国家收购各种谷物的平均价格指数提高了七点四八倍，收购畜产品的价格指数提高了十五点六九倍。一九五五年起，国家放宽对农牧业的生产管理，只下达国家收购各类农畜产品的数量指标，农庄有权自行安排生产，同时还鼓励庄员发展副业经济，允许庄员拥有自留地和饲养一定数量的牲畜。一九五八年二月，党中央接受了赫鲁晓夫的报告，决定将拖拉机等农业机器卖给集体农庄，并将机器拖拉机站改组为机器修配站。
一九五九年，绝大多数集体农庄被强制买下了农业机器。这种匆忙的做法打乱了农庄的决策进程，结果使农庄购买了大批机器，却不能充分利用它。赫鲁晓夫看到美国种玉米对发展畜牧业收益甚大，于是强行要求在苏联扩大玉米的种植面积。一九五三年全苏的玉米播种面积只有三百五十万万公顷，赫鲁晓夫却要求到一九六零年扩大为两千八百万公顷，八年中要增加七倍。由于玉米是干热气候作物，而苏联很多地区日照量不够，玉米经常结不了穗。赫鲁晓夫的玉米种植计划遭到了集体农庄庄员的消极抵制，最终彻底破产。一九五七年五月，赫鲁晓夫突然提出，苏联的人均牛奶和黄油的产量将在一九五八年赶上美国，人均肉类产量将在一九六一年赶上美国。而此时苏联的人均肉产量和美国相比有很大的差距。赫鲁晓夫不断对地方施加压力，要求各州采取果断措施提高肉类产量。梁赞州委第一xxx拉季奥诺夫向赫鲁晓夫大胆保证：梁赞州将在一九五九年内使肉类产量增加一倍，出售给国家的肉类数量增加二倍。一年内拉季奥诺夫依靠宰杀州内所有牲畜、到邻州抢购牲畜、虚报产量等手段以完成指标。赫鲁晓夫对拉季奥诺夫大加赞赏，并授予他列宁勋章和“社会主义劳动英雄”的称号。但是没过多久骗局就被揭穿，拉季奥诺夫自杀身亡。
赫鲁晓夫的农业改革取得了积极的成果。一九五一年到一九五五年间，苏联的粮食的年平均产量为三千八百五十万吨，一九六一年到一九六五年间，年平均产量达到一亿三千零三万吨，增长近百分之五十以上。肉类的年平均产量由五百七十万吨变为九百三十万吨，增加百分之六十以上；奶类年平均产量由三千七百九十万吨变为六千四百七十万吨，增加百分之七十以上。农庄庄员的生活明显改善，一九五五年的平均月收入为二十五卢布，一九六五年达到五十一点三卢布。但苏联农业的粗放经营、低劳动生产率并没有被改变，农业产量受气候影响波动很大。一九五三年到一九五八年期间，农业产量的年平均增长率达到百分之六点八；而在一九五八年到一九xxx年间，农业产量的年平均增长率只有百分之一点七。
在斯大林时期，苏联工业绝大部分以计划经济的方式由国家集中管理。赫鲁晓夫陆续把一万五千个中央直属企业下放到加盟共和国管理，同时扩大了加盟共和国的管理权限。这次改革没有从根本上改变国家管理企业的行政办法，没有扩大企业的经营自主权，滋生了地方本位主义等问题。尽管如此，苏联工业仍取得了明显的进展。一九五一年到一九六五年间，苏联工业的年平均增长率达到百分之十点七。钢的产量从三千八百一十万吨增长为八千五百万吨，煤从三亿两千万吨增为五亿五千万吨，石油从五千二百八十万吨增为两亿两千三百万吨，电力从一千三百四十亿度增为四千五百九十亿度。工人的生活得到改善，平均月工资从一九五五年的七十六点二卢布上升到一九六五年的一百零四点二卢布。
赫鲁晓夫上台后，xxx机关成员的审判特权被废除，对政治犯的起诉只得通过地方党委。赫鲁晓夫在任期间没有大的政治案件发生，对政治犯罪的起诉至多数百起。对xxx的惩罚手段也换成了使之失业、解除大学职位、开除出党等方式，或以“社会威胁”为由强制入院治疗。一九五八年，赫鲁晓夫将中央委员会会议的人数扩大到数百多位官员，一九六二年，赫鲁晓夫将省的党委划分为两个平行的机制，它们分别负责农业和工业。这在某种程度上带来了管理上的混乱，但也避免了权力的过度集中。
一九五六年十一月十八日在波兰大使馆欢迎哥穆尔卡的招待会上，赫鲁晓夫曾对西方国家的外交官当面声称“我们要埋葬你们”，这被西方世界普遍视为赫鲁晓夫敌对态度的信号。赫鲁晓夫事后对此作出解释：“如果我想要把你们每个人都埋葬掉，那我一辈子还干不完。我的确说过这个，但是有人故意歪曲了我的讲话。这并不是说在什么时候把什么人从肉体上埋葬，而是说在社会的历史发展中社会制度的改变。”“我说过，从历史的发展和历史的观点来看，资本主义要被埋葬，共产主义将代替资本主义。”一九五八年十一月二十七日，赫鲁晓夫在克里姆林宫记者招待会上发言，称西柏林“已经成为东德的一个恶性肿瘤”，苏联已经“决定动一下手术，切除这个恶性肿瘤”。他要求美国、英国、法国承认德意志民主共和国，并要求它们在六个月内撤出西柏林的驻军，使西柏林成为自由市，否则苏联会把西柏林的过境检查改由东德负责，意为xxx西德到西柏林的通道。美国总统德怀特.艾森豪威尔对此毫不示弱，表示将不惜以战争保卫西柏林，苏美关系一度陷入紧张。一九五九年一月，苏联部长会议副主席米高扬访问美国，使双方紧张的对立情绪得到缓和。同年五月，美英法苏四国于日内瓦举行四国外长会议，双方未能对德国问题取得任何协议，但苏联方面取消了六个月的限期。期间，艾森豪威尔向赫鲁晓夫发出来美国做一次访问的邀请。在一九五九年七月二十三日于莫斯科举行的美国国家博览会开幕式上，赫鲁晓夫与时任美国副总统的理查德.尼克松展开过一场著名的关于美苏意识形态和核战争的论战，史称“厨房辩论”。尼克松借展览会上的美式房屋、家用电器向观众展示资本主义制度下美国的富裕和多样化，而赫鲁晓夫则针锋相对的声称社会主义制度下苏联人民也平等的拥有同样富裕的生活，最后双方为废除军事竞赛、和平竞争的意见达成一致。
一九五九年九月十五日，赫鲁晓夫应美国总统艾森豪威尔的邀请，携妻子儿女乘坐飞机抵达美国马里兰州安德鲁空军基地。随后苏联代表团参观了纽约、洛杉矶、旧金山、艾奥瓦州、得梅因、匹兹堡，最后回到了华盛顿。赫鲁晓夫在访问期间结识了美国各界名流，同时他四处发表演说呼吁苏美和平共处，接受美国民众的欢迎和质疑。行程的最后，赫鲁晓夫于戴维营与艾森豪威尔展开会谈。双方对柏林问题达成一份协议：苏联撤回了要求西方国家撤出柏林的最后通牒，美国承诺柏林现在的局面不会无限期维持下去。九月二十七日，赫鲁晓夫一行乘飞机返回苏联莫斯科。
他多次访问美国等西方国家，但他的对外政策仍然导致美苏核对抗，他是冷战期间的苏联主要领导人；第二次柏林危机、古巴导弹危机等事件的主要策划者。
赫鲁晓夫主张东西方缓和，以避免核战争。对外主张“三和路线”，即和平共处、和平竞争、和平过渡。曾访问过中国并对毛主席发起的所谓人民公社运动和大干快上运到发生过争论，戏称“苏联的共产主义是吃马铃薯烧牛肉，中国的共产主义是喝大锅清水汤”。特殊时期时称其为“现代修正主义”。在赫鲁晓夫时期，中苏分歧越来越大，导致中苏关系恶化。最终，赫鲁晓夫撤走了在中国的所有专家。并且，在中国研制原子弹时，赫鲁晓夫领导的苏联与美国等国反对中国研制原子弹。