1954年2月，川流不息的火车，将成百上千的青年送到哈萨克和西伯利亚，去开垦处女地——生荒地和熟荒地，解决国家的粮食不足问题。这是赫鲁晓夫农业改革的一项措施。
1953年3月，斯大林去世。半年后，赫鲁晓夫出任前苏联共产党中央第一书记，他开始在经济和政治领域进行一系列的改革。当时，前苏联的粮食严重不足，农业生产仍然停留在1940年的水平。1953年的粮食储备不仅低于1951年和1952年，而且低于1940年，但粮食的消耗却增长了50%。没有必要的粮食，国民经济就不可能顺利发展。在1953年9月的中央全会上，赫鲁晓夫指出，农业生产的停滞，根本原因是偏离了“物质利益原则”，农业生产没有与农民的利益挂钩。会议通过农业改革措施，包括扩大农业投资，提高肉类、牛奶、羊毛、土豆和蔬菜的收购价格，免除农民拖欠的债务，减征农民自留地的税金。赫鲁晓夫还决定缩减全国农业机构的人员编制，把这些机构中的农业专家，派到集体农庄和国营农场等农业生产第一线。以前，集体农庄的农民在秋收之后，才能领取报酬。赫鲁晓夫决定，要让他们预先得到报酬，授权集体农庄按月向农民发放现金。
1954年1月，赫鲁晓夫为了能尽快解决粮食问题，向中央建议开垦西伯利亚和哈萨克等地的荒地。2月，赫鲁晓夫在莫斯科共青团员的集会上讲话，号召全国各地的共青团员参加开垦荒地的运动。
这些措施取得了一定的效果，1954年的粮食收成比以往要好得多，但并没有解决前苏联粮食匮乏的问题。赫鲁晓夫视察了全国许多地方的农庄和农场，提出进一步提高农产品的收购价格，扩大对农业的投入，允许农庄和农场在生产上有更多的自主权。到1955年底，前苏联已经开垦出几千万公顷的新耕地，为国家增产了不少粮食。从1954年到1958年，农业产量年均增长8%，大大超过1950年至1953年的水平，1958年粮食产量达到1.34亿吨。
20世纪60年代初，前苏联农业增长的速度减缓，荒地提供的粮食逐年下降。1961年12月，赫鲁晓夫为使农业生产迅速增长，决定改变耕作方法。当时，前苏联许多地方采用休耕的方法，让土地每年休耕一段时间。赫鲁晓夫不想看到全国有大片土地休耕，在50年代就要求雨量充沛的地区取消休耕制，后来又要求南方干旱地区也要停止休耕制。这时他进一步要求全国都取消休耕。
尽管赫鲁晓夫采取了种种措施，但农业依然徘徊不前。1963年，前苏联不得不大量进口粮食，解决国内的粮食需求。
在工业领域，赫鲁晓夫也做了一些改革。1957年，他撤销中央和地方100多个主管经济的部门，把全国分为105个经济区，每区设国民经济委员会，负责领导该区的经济建设。这一措施增加了地方的自主权，调动了地方的积极性。1962年，赫鲁晓夫进行了扩大企业经营自主权方面的改革试验，利用利润和奖金的手段，促进企业生产的发展。国家只下达生产计划，如何完成计划完全由企业自己作主。
从1953年到1963年，前苏联工业总产值年均增长10.5%。尤其是空间技术领域，取得世人瞩目的成就，1957年发射了第一颗人造地球卫星，1961年又发射了第一个载人宇宙飞船。
赫鲁晓夫在政治方面也有一些改革措施。1956年2月的苏共二十大上，赫鲁晓夫作了《关于个人崇拜及其后果》的秘密报告，批判斯大林的错误。虽然他的报告有不足之处，全盘否定了斯大林，但在破除对斯大林的迷信、反对个人崇拜方面，是有积极意义的。为了防止个人独揽大权，赫鲁晓夫强调集体领导，党政分开。同时开展大规模的平反冤假错案工作，为斯大林时期遭受无辜迫害的人平反。
赫鲁晓夫的改革并没有解决前苏联的经济问题，他的一些改革措施缺乏科学性。大规模的开荒运动，造成极其严重的水土流失，生态失衡。他不顾实际情况，强令全国各地种植玉米。实际上，前苏联许多地区气温较低，不适合种植玉米，1962年这些地区的玉米大面积歉收，百分之七八十的面积颗粒无收。
赫鲁晓夫还常常提出不切实际的经济指标。1957年，他提出人均畜产品赶上美国的口号，鼓励各种提高肉类生产的尝试。结果，许多地方出现虚报肉类产量的造假之风。1961年苏共二十二大上，赫鲁晓夫更是提出了一个空想口号，他宣布前苏联要在1980年建成共产主义社会。
1958年，赫鲁晓夫兼任部长会议主席一职，党政大权集于一身，又回到了他自己批判过的专权时代。
由于赫鲁晓夫刚愎自用、粗鲁专横，苏共中央反对他的人越来越多。1964年10月3日，赫鲁晓夫前往克里米亚疗养，中央主席团开始策划罢免他的职务。10月13日，赫鲁晓夫被召回莫斯科参加中央全会，会议指责他犯有15项错误，决定解除他的职务。从此，赫鲁晓夫开始了退休生活，1971年病逝。