1956年发生的苏伊士运河危机对国家安全局此后的发展产生了非常重大的影响。战后，英美曾签订一份电讯情报协议，协议规定英国电讯情报机构负责对西欧和中东的大部分地区进行监听，而美国则负责两个目标，即共产党欧洲和共产党亚洲。但美国人没想到的是，在苏伊士运河危机爆发之初，他的盟友却刻意隐瞒了情报，致使国家安全局对此没有采取任何措施。这一事件让美国政府意识到，国家安全局在应对突发事件上杂乱无章，显然还不具备承担起作为美国情报部门中枢机构的能力。
对此，卡奈因做出了一个惊人的举动——雇用麦金西公司的顾问检查国家安全局内部所存在的问题。这批顾问很快进入了国家安全局的大楼，对国家安全局的组织机构以及截获的电报进行了详尽的研究，并建议卡奈因对国家安全局进行一场彻底的变革。
根据顾问所提出的问题以及方案，国家安全局开始了一场巨大的机构改组行动。电讯情报机构将按照不同的目标来进行部门组建，每个部门都有其特定的纪律。另外，成立了4个新的业务处，即苏联高级密码处、苏联一般密码处、亚洲共产党国家处以及其他国家处等。苏联高级密码处将会取代负责所有高级密码分析的NSA-70处，并将全力负责破译苏联的密码系统；而监听中低级苏联密码系统的任务则交由苏联一般密码处负责；中国、朝鲜以及其他亚洲共产党国家的通信则由亚洲共产党国家处负责监听。国安局在此后的一份报告中指出，这场变革所引起的反应一直持续了30多年。
“闪电”计划是国安局历史上所实施过的费用最高、影响最深远的计划之一。而“闪电”计划的促成者就是卡奈因。
1956年7月，在一次鸡尾酒会上，几个高级设备计划人员和卡奈因讨论起了关于国家安全局的设备更新问题：虽然国安局的工程师们一直在努力研发更先进的计算机，但对于破译人员而言，他们总是需要更好的设备来处理越来越多的资料，工程师的速度永远也不能满足破译人员的需求。
当时，国家安全局正在研制一款号称比当时的计算机要先进100倍的机器，国安局给它命名为“收获”。但这款计算机至少还需要好几年的时间才能面世，对此，卡奈因感到十分恼火。他几乎是吼道：“我要你们去给我造出一部一千兆周的机器！立刻！我会把经费搞到手的！”
这可不只是卡奈因在鸡尾酒会上的一句唠叨，几天以后，一个名为“闪电”的计划正式启动，这个计划的目标便是在5年内研制出“一千兆周的机器”，预算2500万美元。“闪电”计划的实施使电子计算机科学的水平得到了前所未有的提高，并促进了国家安全局“收获”计算机的发展。在此后的14年中，国家安全局一直使用“收获”系统，直至1976年才更换另一个更为先进的系统。
1956年11月23日，卡奈因最后一次以国家安全局局长的身份走出了国家安全局大楼，留下了传奇般的声誉。
卡特：敢跟五角大楼叫板的局长
出身军人世家的马歇尔·西尔维斯特·卡特是国家安全局的第五任局长，他堪称历代国家安全局局长中最合格的局长之一。在他任期的4年里，国家安全局经历了其历史上最为血腥的时期，他与五角大楼数次叫板，为扞卫国家安全局的独立性作出了巨大贡献。
卡特曾在第二次世界大战期间先后任职于海岸炮兵部队以及战争部参谋长后勤小组，后来又出任了中国战区副参谋长。战后，他成为乔治·马歇尔的高级助手。此后，他还陆续担任过美国大陆防空司令部参谋长、北美防空司令部司令、美国驻朝鲜第八军参谋长和得克萨斯州布利斯堡陆军防空中心司令等。
1962年4月，卡特成为了中央情报局的副局长。
卡特是个非常桀骜不驯的人，在出任中情局副局长期间，他曾数次和国防部长麦克纳马拉发生争执，并且几乎每次都占了上风，这让麦克纳马拉怒火中烧。卡特在中情局任职3年后，中情局局长麦科恩有意擢升他为上将，麦克纳马拉却表示坚决反对，以此报了此前卡特数次给他难堪的仇。
1965年4月11日，麦科恩的职位被退役海军中将威廉·雷伯恩取代，卡特也随之坐了冷板凳。由于《国家安全法》中有一条规定：军方不得同时占据中情局两个最高职位。最终卡特被迫离开了副局长的职位，并从中将降为少将。
在卡特丢掉职务的一个多月后，第四任国家安全局局长戈登·布莱克任期届满，麦克纳马拉的副手赛勒斯·万斯提名由卡特接任国家安全局局长的职务。
此时的国家安全局对材料分析缺乏重视，总是直接把自己所搜集的材料交给中央情报局分析处理，而这就使得国家安全局局长在情报方面缺乏全面的了解，总是被别的机构牵着鼻子走。这些情况卡特都看在眼里，于是他提出了一个条件：若是他任职国家安全局局长，那么只对万斯或者麦克纳马拉负责。卡特所提出的条件被接纳了，这就使得他能够直接接受上面的命令，而免于被一群中层官僚任意差遣。
由于国家安全局的保密级别非同一般，所以任职于国家安全局的雇员们所做的一切几乎都是默默无闻的，甚至连华盛顿都只有少数的官方人士知道国家安全局的存在。这使得国安局人员总是士气低迷，似乎无论如何努力，他们所做的工作都难以得到别人的认可与赏识。为了改变这一情况，卡特开始邀请政府高官前往米德堡总部视察演讲。1967年9月26日，美国副总统汉弗莱在一片欢呼中抵达了米德堡，在国家安全局发表了演说，他对所有的侦听人员表示，虽然“你们中大多数人长期从事着意义非凡的劳动而不求得到公众的赞赏……但我还是要告诉你们，在政府的最上层，确实有人了解并十分赞赏你们的努力，我代表我们的国家向你们表达感激之情”！
应邀前来的还有中央情报局前局长艾伦·杜勒斯、国家安全局委员会执行秘书布朗利·史密斯、特工处处长詹姆斯·罗利以及总统国外情报咨询委员会执行秘书帕特里克·科因等人。但值得注意的是，应邀而来的官员中没有任何一人出自国防部。从建制上来说，国家安全局是“国防部内一个独立的机构”。
显然，卡特更想强调的是国家安全局的独立性。也因此，卡特与军方在国家安全局的控制归属问题上经常发生激烈的争执。
卡特一直力求使国家安全局成为一个国家级的机构而非被归属于国防部下。在与五角大楼的对抗中，他为国家安全局成功争取到了一枚新的局徽。
在美国情报委员会的会议大厅里，挂着委员会各成员机构的徽章，中央情报局的徽章上部分写着“中央情报局”，而在其下方则写着“美利坚合众国”；原子能委员会的徽章，上部分写着“原子能委员会”，下方也写着“美利坚合众国”。但国家安全局的徽章下方写的却是“国防部”。对此，卡特感到十分恼怒，在参加完例会回到国家安全局后，他立即令美术师理查德·纳奇曼设计一个新的局徽，要求局徽下部分要写上“美利坚合众国”而非“国防部”。卡特强调：“我要一个与众不同的东西，而不是一大堆该死的闪电和利箭，还有画在老鹰屁股下面的那堆东西！”
于是一个新的局徽产生了，并成为了国家安全局的象征，一直沿用到今日。局徽的设计图案简洁而雅致，是一头神态刚毅的雄鹰，展开的双翅贴近身体，呈现出一种豪迈的保护姿态。在雄鹰的利爪中，紧握着一把古老的钥匙。
这枚新局徽的产生在卡特看来象征着国家安全局的“独立”，但在五角大楼看来，却是象征着“造反”。虽然并没有法典规定这是违法的，但为了避免国防部的干涉，卡特决定一步步推进他的改革。起初，卡特下令在内部的信笺上印上了新的局徽。大约过了3个月，卡特下令在内部业务通信上印上新的局徽，之后再开始逐步对外使用新局徽。当五角大楼特别情报办公室主任约翰·奥加拉发现并意图让卡特对新局徽的使用提交申请时，这已经成为了既定事实。
由于美国陷入了越南战争的泥潭，对情报的需求越来越大，对国家安全局所提出的要求自然也越来越高。这使得国家安全局在政府全力支持下迅速发展壮大，到1969年，国安局密码工作人员已经增加到了9.5万人之多。1966年，一座造价1200多万美元的九层塔楼落成；两年之后，一幢造价570万美元，建筑面积16万平方英尺的S楼投入使用；此后，为了满足越来越多的员工的需求，宿舍进行了扩建，并增建了一个能够容纳1000人就餐的餐厅，以及一幢造价84.4万美元的娱乐大楼；此后，又增建了一座造价200万美元的部队支援楼；……国家安全局正在一步步扩大自己的帝国，建立起一座神秘的“黑城市”。
1967年秋，美国国内的社会骚乱日渐升级，对美国政府造成了极大的压力。对此，陆军部建立了一支专门用于对付社会骚乱的部队。很快，陆军部便向卡特发来了一封密信，要求国家安全局将所有可能受到国外影响而在国内发生社会骚乱的情报提供给他们。1969年7月1日，一项代号“尖塔”的监听行动被上级批准。在此项行动中，只要收发电报的一方是美国人，或在电文中提到任何一个美国人，这份被截获的电报就会列入“绝密”，以掩盖“尖塔”行动的非法性。
1966年9月，在卡特的批准下，国家安全局与国防情报局联合组建了一个高度保密的机构——国防特种导弹与宇航中心，专门用于侦听世界范围内导弹发射等隐蔽或公开的军事行动。该系统堪称电子谍报世界的预警神经中枢，一旦发现全球任何一个角落的反常军事活动迹象，便会立即通过中心的重要情报直通线路通知有关机构。
1967年，中东局势动荡，阿以战争一触即发。美国情报船“自由”号在途经西西里岛南海岸之际突然遭到袭击。据悉，“自由”号此次受袭是以色列政府发动空袭导致的“误伤”，鉴于美国与以色列之间复杂的友谊，政府高官考虑让“自由”号沉没，如此一来，新闻记者就无法拍到照片来煽动国民对以色列的反感情绪，同时也能避免以色列政府的尴尬。为了保护“自由”号上的机密不被泄露，卡特下令海军尽最大可能将船上的所有机密资料销毁，并尽量抢救船上的电子设备。政府则对外宣称：“这是一艘通信研究船，主要用于测试整个地中海地区几个美国大使馆间的通信能力。”7月，伤痕累累的“自由”号回到了诺福克港，卡特曾试图请求国防部拨款修缮“自由”号，但最终未得到批准。1968年6月28日，“自由”号正式退役。
关于此次“自由”号事件，卡特曾在事发后不久下令国家安全局进行情报搜集追踪，最终得出结论：以军绝不可能不知道“自由”号是一艘美国船只，这并非所谓的“误伤”，而是一场有预谋的屠杀。虽然卡特也同意这一点，但最终这项结论未被公开，而此次活动的细节也被列为最高机密。毕竟这次任务是国家安全局对其“最亲密”盟友发动的间谍活动。
1965年，卡特将水上情报工厂“牛津”号情报船派往东南亚进行情报搜集活动，为陷入越战中的美军提供情报支持。“牛津”号在东南亚通过对马尼拉七国首脑会议的监听，使得美国的谈判者得以先发制人，占尽先机。到1968年1月的时候，国家安全局已经在越南成功构建了一个巨大的电子监控网络，几乎截获了所有越南的军事情报，并准确预言了北越所发动的猛烈进攻。国家安全局出色地完成了情报监控任务，但可惜，西贡和华盛顿的领导者们却未能有效地将这些情报加以利用。
1969年7月31日，卡特正式退役。对于卡特的退役，五角大楼的重要人物们大概并不会感到惋惜，但卡特在国家安全局的功绩却是有目共睹的，而这一切也让卡特最终成功入选了美国军事情报名人堂。
最年轻的局长——鲍比·雷·英曼
作为国家安全局第九任局长，海军中将鲍比·雷·英曼是一位少有的专家型领导，并且以他极其杰出的领导才能和圆滑的处世方法使得国家安全局在最大限度上获得了政府及国会的支持，从而得以迅速发展壮大。无论是民主党还是共和党几乎都认为英曼是全国最好的情报工作人员。
英曼性格的形成与他早年的经历脱不了干系。英曼出生于得克萨斯州的罗纳斯堡的一个偏僻的贫困小镇。在进入中学后不久，英曼就意识到，不被欺负的最好方式就是让欺负你的人成为你的保护人。抱持着这样的想法，英曼开始讨好那些欺负他的同学，并以帮助他们做作业来获得他们的好感。同时，英曼也不忘巴结学生中的团体骨干，毕竟他们才是学生中的真正领导者。这些往事对英曼日后的性格形成及处世方式有着巨大的影响。
英曼最初进入海军预备役之际只打算干3年便退伍，但在英曼被调到巴黎后，便一改初衷，决定在海军干一辈子。1973年，经过国家战争学院进修后，英曼被任命成为太平洋舰队负责情报的助理参谋长。之后，他开始平步青云，官至国家安全局局长以及中央情报局副局长。同时，英曼也是第一个获得四星上将军衔的海军情报专家。
1977年7月5日，46岁的英曼成为了国家安全局历史上最年轻的局长。
从上任之初，英曼便决定，要做一个名副其实的局长，而不是让副局长掌控实权，自己则沦为对外打交道的代表。当时担任副局长的本森·巴夫汉任期将至，业务副局长罗伯特·德雷克接任副局长的呼声很高，虽然英曼心中并不是太情愿，但由于没有更合适的人选，最终还是将这个职位交给了德雷克。但英曼显然已经打定主意，两年后就会更换新人。英曼并不希望副局长的任期过长，因为那样很有可能会削弱他作为局长的管理权限。在德雷克之后，英曼出人意料地选择了A组主管安·卡拉克里斯蒂作为副局长，从而开了任命女性担任副局长的先河。
为了能够亲自掌管国家安全局内部的具体业务活动，英曼上任后开始频繁出入各个部门。一次，他前往探访负责非共产党国家情报的G组时，一步入G7组工作区，便看到墙上挂了一幅标语，上面写着：“欢迎英曼将军的到来！
您是继卡奈因将军之后第一个探访G7组的局长！”