ในปี พ.ศ. 2519 หลังจากที่อันเดรย์ เกรชโค เสียชีวิตเมื่อวันที่ 26 เมษายน อุสตีนอฟกลายเป็นรัฐมนตรีว่าการกระทรวงกลาโหมและได้รับการเลื่อนยศเป็นนายพลใน 29 เมษายน เมื่อวันที่ 30 กรกฎาคมเขาได้รับการเลื่อนตำแหน่งให้เป็นจอมพลของสหภาพโซเวียต แม้ว่าเขาจะไม่ได้มีอาชีพทหารก่อน ร่วมกันกับจอมพล นีโคไล ตีโฮนอฟ อุสตีนอฟได้ลงมือเริ่มแผนการเพิ่มประสิทธิภาพและทันสมัยการพัฒนาของสหภาพโซเวียตของวิทยาศาสตร์ทหาร ในปี พ.ศ. 2522 เขายืนยันอย่างมั่นใจว่า "กองกำลังติดอาวุธของสหภาพโซเวียตอยู่ในระดับสูงที่ช่วยให้ความสำเร็จของงานที่กำหนดโดยพรรคและประชาชน"อิทธิพลที่เพิ่มขึ้นของทหารโซเวียตให้ อุสตีนอฟ บทบาทในเครมลิน

ในปี พ.ศ. 2522 ฮะฟีซอลลาห์ อะมีน ได้ลอบสังหารผู้นำของอัฟกานิสถาน นูร์ มูฮัมหมัด ตะรากี ในเดือนตุลาคม อุสตีนอฟและอันโดรปอฟมีความเชื่อมั่นสำหรับการแทรกแซงทางทหารของสหภาพโซเวียตในอัฟกานิสถานจะเพิ่มขึ้นแข็งแกร่งในโซเวียตโปลิตบูโร รัฐมนตรีว่าการกระทรวงต่างประเทศของสหภาพโซเวียตอันเดรย์ โกรมืยโค ให้การสนับสนุนสำหรับการแทรกแซง

หลังการเข้ามาของกองกำลังสหรัฐในอ่าวเปอร์เซียหลังจากวิกฤตการณ์ตัวประกันอิหร่านยิ่งทำให้เกิดความตื่นตระหนกในโซเวียต อุสตีนอฟ คิดว่า "ถ้าชาวอเมริกันทำเตรียมการทั้งหมดเหล่านี้ใต้จมูกของเราแล้วทำไมเราควรจะเข้าแทรกเพื่อปกป้องการสูญเสียอัฟกานิสถาน?" ในเดือนพฤศจิกายน อุสตีนอฟและอันโดรปอฟเริ่มที่จะกำหนดแผนการอุสตีนอฟ-อันโดรปอฟ ในวันที่ 12 ธันวาคม พ.ศ. 2522 โปลิตบูโร ได้รับการอนุมัติแผนการอุสตีนอฟ-อันโดรปอฟ วันที่ 24 ธันวาคม พ.ศ. 2522 สหภาพโซเวียตได้ส่งกองทัพเข้ามาในอัฟกานิสถาน

ในช่วงต้นทศวรรษที่ 1980 การพัฒนาของโครงการกระสวยอวกาศในสหรัฐอเมริกาทำให้เกิดความกังวลมากในสหภาพโซเวียต ขณะที่รัฐมนตรีว่าการกระทรวงกลาโหม อุสตีนอฟ รับรายงานจากนักวิเคราะห์ของเขาว่ากระสวยอวกาศสหรัฐอาจถูกนำมาปรับใช้ยิงขีปนาวุธนิวเคลียร์ตามพื้นที่เหนือดินแดนของสหภาพโซเวียต อุสตีนอฟ จึงกังวลเกี่ยวกับกระสวยอวกาศสหรัฐจึงมีการให้การพัฒนากระสวยอวกาศโซเวียตบูรัน อย่างเติมที่