美国U-2间谍飞机的侦察飞行，瓦解了赫鲁晓夫的庞大阴谋。美国的先进技术再次导致这位苏联领导人的失败。1962年10月初罗伯特·肯尼迪会见博利沙科夫一周后，麦乔治·邦迪告诉了肯尼迪一个坏消息。9月，和其他人一样，他曾向肯尼迪建议，赫鲁晓夫不可能在古巴部署战略武器。而现在——10月16日，他却带着这些照片——中情局的照片分析专家相信，上面有古巴的中程弹道导弹发射场。中情局安插在苏联军事情报机构格鲁乌的间谍奥利格·潘科夫斯基——一年前的柏林危机他曾大显身手，曾转交过有关R-12导弹手册，这对情报分析专家判断照片内容颇有帮助。他们对这些照片确认无疑。邦迪向总统表明，对此他也深信不疑。
肯尼迪立即断定，美国不能接受苏联在古巴部署导弹的事实。虽然国防部长麦克纳马拉向他保证过，这些导弹将不会打破美国在战略力量均势中的优势地位。但总统还是认为，导弹可能会让心理的天平倾向赫鲁晓夫一边。一个月前，美国才刚刚发出过警告，不可能接受苏联向古巴部署导弹的任何事实，而且特别强调导弹是进攻性武器。克里姆林宫随后公开作出承诺并通过秘密渠道称，苏联向古巴提供的武器不包括导弹。如果他突然改变说法而接受这个既成事实，那么美国的盟国，更不用说美国人民，就会怀疑美国总统的话是否可信。
其后的6天里，肯尼迪秘密会见了他的古巴问题团队——一个以罗伯特·肯尼迪为中心的小组，副总统、麦克纳马拉、邦迪、中情局的约翰·麦科恩、国务卿迪安·腊斯克、副国务卿U．亚历克西斯·约翰逊、财政部长C．道格拉斯·狄龙、马克斯韦尔·泰勒将军、参谋长联席会议主席、肯尼迪的撰稿人西奥多·索伦森，以及苏联问题首席专家卢埃林·汤普森。最后，召集了国家安全执行委员会会议，这个小组讨论了如何撤走导弹的问题，讨论中偶尔还有辩论。
肯尼迪的首选是发动突然空袭，在导弹威胁美国之前就把它们完全炸毁。美国情报部门相信导弹还未投入使用。当讨论深入后，这种选择的弱点也暴露无遗。“打击能有多大效果？”10月16日肯尼迪问道。“总统先生，我们知道，空袭从来都不能保证会取得百分之百的成功。”马克斯韦尔·泰勒将军答道，“我们希望在第一波空袭中取得决定性胜利。”没有一个军方指挥官能向肯尼迪保证，所有被发现的导弹阵地都能被一次性摧毁，而且也没有人敢说已经发现了所有的苏军导弹阵地。其他军事选择，如以地面部队向古巴发动大规模戟，并无吸引力。五角大楼估计，要把进攻所需的地面部队集结起来就要一周时间，而且也只能在空袭摧毁导弹后，他们才愿意出动地面部队。而部队的任何调动都将影响到袭击的突然性。
也有人反对发动突然袭击。罗伯特·肯尼迪提醒他的哥哥，对他们这一代来说，任何背信弃义的行为都比不上日本对珍珠港发动的突然袭击。确信只发动一次空袭的肯尼迪总统开始同意，向莫斯科发出某种形式的警告。
因为每一种进攻方式都有很大风险，肯尼迪也开始考虑以外交方式来解决这一难题。10月18日，他让自己最喜欢的撰稿人西奥多·索伦森草拟一封给赫鲁晓夫的信，提议举行谈判。但在最后，索伦森，更重要的是肯尼迪，发现了一种既能启动外交程序，而又不会示弱的方式。肯尼迪逐渐倾向于国防部长麦克纳马拉的建议，以海上封锁或隔离古巴的方式来向苏联人施加压力，同时也让赫鲁晓夫考虑，他是否要把世界拖入一场战争之中。起初，大家认为海上封锁可能不会对已经部署在古巴的导弹起作用，肯尼迪认为，倘若一定要袭击导弹阵地，那么，美国还要继续作好军事打击的准备。与此同时，美国将寻求西半球盟国以及北约的支持，以形成一条对抗赫鲁晓夫的统一阵线。
直到10月22日，对白宫激烈的政策之辩，克里姆林宫毫不知情。那天下午，莫斯科同时收到克格勃和格鲁乌驻美情报站的情报，情报称，那天上午白宫和五角大楼的行为异常。几小时后，美国东部时间下午一点半，皮埃尔·塞林杰向新闻界发表声明，总统将于晚上七时就“国家大事”向全国发表讲话。苏联情报部门还猜不出肯尼迪的讲话将涉及哪些外交问题。“新闻界强调，”潜伏在华盛顿的格鲁乌间谍写道，“官方采取这一行动的原因仍然保密。据说可能涉及对古巴或柏林采取的新措施。”
对于来自华盛顿的这条消息，赫鲁晓夫反应极快，他马上得出结论，无论美国总统发表何种言论，都将会影响11月的宏伟计划。他也怀疑肯尼迪要对古巴问题发表讲话。几天前，赫鲁晓夫刚刚看过苏联外交部长葛罗米柯和肯尼迪、腊斯克近期会谈的报告。会谈是10月18日葛罗米柯结束联合国大会回国途中进行的。从这些报告中赫鲁晓夫感觉到，美国对菲德尔·卡斯特罗的立场很强硬。
赫鲁晓夫要求主席团成员弗洛尔·科兹洛夫在晚上召集主席团特别会议。科兹洛夫和赫鲁晓夫都认为，克里姆林宫将面临一次古巴危机。当米高扬问及为何要召开临时会议时，科兹洛夫答道：“我们要听听肯尼迪对古巴问题发表的重要讲话。”国防部长马利诺夫斯基元帅和苏军总参谋部的负责人伊万诺夫上将也被邀请与会。为了与赫鲁晓夫的想法保持一致，马利诺夫斯基收集了有关加勒比海地区美国军事现状的所有资料，而伊万诺夫刚准备了一份有苏联在古巴军事现状的简要报告。
尽管部分克里姆林宫高层人士对会议深信不疑，但会议的议程——“讨论对古巴和柏林的进一步行动”，却透露出克里姆林宫对即将到来的危机的不安心理。一个月前，赫鲁晓夫曾自信地告诉西德驻苏大使汉斯·克罗尔，他将会决定美苏关系何时再次发生危机。肯尼迪即将发表讲话，赫鲁晓夫不得不承认他已失去对事态的控制。
1962年10月22日（星期一）莫斯科当地时间晚上10点，主席团会议召开，这可能是赫鲁晓夫一生中最紧张的时刻。“现在已经知道，”赫鲁晓夫在主席团会议上首先发言，主席团12位委员全部与会，“肯尼迪要发表某种形式的讲话。”他说，他认为即将到来的危机会涉及古巴。苏联塔斯社已经报道——事实证明这一报道并不准确，“载有海军陆战队士兵的美国海军舰船已经开始集结”。此时为华盛顿时间下午1：30分，离肯尼迪发表讲话还有4个小时。
赫鲁晓夫把发言权给了马利诺夫斯基，后者向与会委员们保证，美国不会发动任何形式的先发制人的攻击，不可能发动“闪电行动”，他说道。“如果肯尼迪要宣布发动进攻，”他要克里姆林宫相信，“我们将没有足够的时间来作准备。”古巴的格鲁乌小组负责监视佛罗里达地区。那天上午，他们再次加强了长期以来对美国军事通信的监听工作。他们截获了一条美军在佛罗里达集结的新情报，但是，还没有证据表明，近期将会对古巴发动进攻。因此，马利诺夫斯基报告，他完全相信主席团将有时间来考虑肯尼迪的讲话。如果有什么不同的话，这位国防部长似乎颇有些自信，“肯尼迪的广播讲话将会是大选前玩弄的某种形式的诡计”。马利诺夫斯基认为，目前还没有必要让9月底就已运抵古巴的苏联R-12导弹进入战斗状态。
随后，总参谋部伊万诺夫将军报告了古巴岛及其周围苏军的情况。根据赫鲁晓夫在皮聪达发布的指示，伊万诺夫已经为古巴的苏军制定了作战程序。9月，他命令R-12和R-14导弹部队的指挥官，在发射导弹前应等候莫斯科的命令。伊万诺夫向主席解释道，古巴的一部分R-12导弹已可以投入战斗。危机开始前，所有这类导弹的核弹头已经装上“因迪吉尔卡”号货船。然而，因为阿纳德尔计划在9月有所变化。因此，射程更长的R-14导弹及其核弹头，尚在航行途中，还未运抵古巴。而且部署这些导弹还需要一些时间。运载R-14导弹的卡西莫夫号和克拉斯诺达尔号货船航程尚未过半。
赫鲁晓夫9月要求部署的短程导弹已经运抵古巴。因迪吉尔卡号货船运来12枚“月神”导弹、44枚FKR巡航导弹及其核弹头。截至10月22日主席团会议召开之时，”月神”导弹已经配置到苏军步兵部队，巡航导弹也已被部署到海岸阵地以及美国关塔那摩军事基地附近。这两类导弹主要用于保卫古巴岛，射程更远的导弹则用来防备美国及古巴流亡人士对古巴发动的进攻。莫斯科保留对“月神”导弹和FKR巡航导弹核弹头的控制权。核弹头被保存在一个特殊设施中，离导弹发射阵地仅有数英里远。
尽管苏联已经在古巴充分展示了军事力量，但是，赫鲁晓夫还是对肯尼迪即将发表的讲话感到不安。他已听说了传到克格勃总部的一则谣言，称“列宁的事业将被葬送”。1941年6月，纳粹德国入侵苏联的最初几个小时里，据说斯大林担心苏联会灭亡。这和那次的说法几乎一模一样。赫鲁晓夫意识到，他改变战略均势的努力实际上可能会导致一场核战争，而这正是他极力要避免的后果。赫鲁晓夫向与会委员们吐露了其内心的不安和混乱：“问题是我们不想发动一场战争，我们所做的一切就是要威胁他们，不让他们对古巴采取行动。”美国在苏联周边地区建立的导弹基地，“一直遏制着我们”，他承认。为什么苏联不能拥有自己的导弹基地？
尽管他说自己“同意马利诺夫斯基的看法”，但这位苏联领导人并不像国防部长那样自信——肯尼迪不会对古巴发动侵略。猪湾事件以来，赫鲁晓夫已经愈发相信，约翰·肯尼迪不能完全控制美国政府。在赫鲁晓夫看来，很大程度上，活跃在白宫的军国主义分子和帝国主义分子影响着肯尼迪，这远甚于他们对艾森豪威尔海外行为的影响。赫鲁晓夫提醒与会委员注意肯尼迪10月18日对葛罗米柯发表的看法。“肯尼迪提及古巴时，字斟句酌。”这是他读了俄文会谈记录后得出的结论。美国国务卿的讲话更令人忧虑。“在会谈中，”赫鲁晓夫说道，“（腊斯克）虽然谈论的是柏林问题，但实际上提及的却是古巴。”他有些不安地说道：“腊斯克告诉葛罗米柯，古巴和美国就像匈牙利和苏联的关系一样。”一年前，他的女婿阿朱别依就1月30日和肯尼迪的谈话向他作了汇报，那时他首次产生忧虑感。和那次一样，这次谈话也让他感到忧虑。
赫鲁晓夫认为，一段时间以来，美国一直在寻找入侵古巴的借口，即将发表的讲话意味着美国人已经找到借口。“不幸的是，他们可能要发动进攻，而且我们将会回应。这可能会以一场战争而结束。”赫鲁晓夫的结论有些悲观：“问题是，我们没有部署我们想部署的所有武器，而且我们没有公布和平条约。”他没有在这次会议上解释其中的原因，而是认为，已经运抵古巴的24枚R-12核导弹还不足以起到威慑和保护古巴人的作用。赫鲁晓夫并未建议莫斯科立即宣布苏联已经在古巴部署了核导弹，这个军事行为可能会遏制美国，不让它对古巴采取任何进一步行动，而是搓着双手，因为他没有在8月底采纳古巴人的建议，发表苏联和古巴的防卫协定。比起完成了一半的阿纳德尔计划来说，他认为防卫协定对肯尼迪的印象会更深。奇怪的是，那天晚上当赫鲁晓夫为自己辩解时，似乎从未考虑过利用苏联在世界其他地方的影响力来阻止对古巴的入侵。比如，他就没有建议威胁北约位于西柏林的军事基地，那里是一个薄弱环节。
最新得到的会议记录澄清了那天夜里赫鲁晓夫作出抉择的过程。在表达了自己的忧虑之后，赫鲁晓夫很快提出一连串选择方案。“我可以通过电台来宣布，苏联和古巴有一个共同防卫协定，”他说道。然后，他自言自语道：“对此美国将如何回应？”赫鲁晓夫预计，可能会有三种结果：“他们可能会宣布封锁古巴，而不采取其他措施；他们可能会拦截我们那些正驶向古巴的船只；或者他们也可能会打消入侵古巴的想法。”
赫鲁晓夫感到，克里姆林宫自己要做好应对准备，以防肯尼迪对古巴发动进攻。他大声问道，如果发生最坏的情况，把核武器的控制权交给古巴人，不知道那样是否有用？“如果发动进攻，所有的武器都在古巴人手中，他们将宣布作出回应。”他告诉与会委员，否则，苏军将不得不准备使用战术核武器来保卫我们的阵地和卡斯特罗政权，尽管“眼下还不是使用战术核武器的时机”。
提出这些选择方案后，赫鲁晓夫要求休会五到十分钟，“以便同志们考虑并发表自己的意见”。没有证据表明，此前克里姆林宫的决策层曾经通盘考虑过，到底如何使用这支被派到远离苏联一万两千英里远的古巴的部队。5月，委员会曾被要求同意出于政治目的而在古巴部署这支部队。苏联的军事条令认可在战场上使用战术武器，这也被北约的军事条令所认可，但是如何在古巴使用这些武器却没有明确计划。苏联国防部从未签署过一道命令，即在古巴的苏军司令被授权根据情况来决定是否使用战术武器。但直到那天——10月22日晚上11点，苏联的决策层似乎也从未考虑过使用另一种战术武器——FKR巡航导弹，那是5月最早制定的那个计划中的一部分。