หลังถึงแก่อสัญกรรมลงของสตาลินในเดือนมีนาคมปี พ.ศ. 2496 บุลกานิน ได้ก้าวเข้าสู่ตำแหน่งผู้นำโซเวียตเป็นอันดับต้นๆโดยได้รับการแต่งตั้งให้ดำรงตำแหน่งสำคัญของรัฐมนตรีว่าการกระทรวงกลาโหม เขาเป็นพันธมิตรของ นีกีตา ครุชชอฟ ในระหว่างการต่อสู้ทางการเมืองกับ เกออร์กี มาเลนคอฟ และในเดือนกุมภาพันธ์ ปี พ.ศ. 2498 เขาได้ขึ้นดำรงประธานสภารัฐมนตรีแห่งสหภาพโซเวียตแทน มาเลนคอฟที่ถูกบังคับให้ลาออกจากตำแหน่ง[2]เขาเป็นผู้สนับสนุนการปฏิรูปของ ครุชชอฟ และ การกำจัดอำนาจเก่าของสตาลิน เขาและครุสชอฟได้เดินทางเยือนด้วยกันทั้งอินเดีย, ยูโกสลาเวีย และ อังกฤษ ซึ่งเป็นที่รู้จักในฉายาของวงการสื่อมวลชนว่า "การแสดงของบีและเค (the B and K show)"[3]อย่างไรก็ตาม ครุชชอฟ ได้เขียนลงบันทึกส่วนตัวของเขาว่า "ไม่สามารถพึ่งพาเขา (บุลกานิน) ได้อย่างเต็มที่"[4]

ในช่วงวิกฤตการณ์คลองสุเอซ ในเดือนตุลาคมถึงพฤศจิกายนปี พ.ศ. 2499, บุลกานิน ได้ส่งจดหมายไปยังรัฐบาลของสหราชอาณาจักร, ฝรั่งเศส และ อิสราเอล ขู่ว่าจะโจมตีด้วยขีปนาวุธใส่ ลอนดอน, ปารีส และ เทลอาวีฟหากพวกเขาไม่ถอนกองกำลังออกจากอียิปต์ โดยในจดหมายถึงนายกรัฐมนตรีอิสราเอลเดวิด เบนกูเรียนมีเนื้อความว่า "อิสราเอลกำลังเล่นกับชะตากรรมของสันติภาพกับชะตากรรมของประชาชนตนเองในทางผิดหลักและขาดความรับผิดชอบ [... ] ซึ่งจะวางคำถาม [เครื่องหมาย] ต่อการดำรงอยู่ในฐานะผู้นำของรัฐอิสราเอล "[5]ครุชชอฟ ในบันทึกส่วนตัวของเขา ครุชชอฟเขาต้องระวังเรื่องความคิดเห็นต่อชาติตะวันตกโดยเฉพาะอย่างยิ่งในเวลานั้นเขาไม่ได้มีขีปนาวุธข้ามทวีป พอที่ทำการโจมตีได้และในกรณีใด ๆ ก็ตาม เขาไม่ได้มีความตั้งใจที่จะทำสงครามในปี พ.ศ. 2499 นอกจากนี้ในปี พ.ศ. 2502 หน่วยสืบราชการลับของสหรัฐฯเปิดเผยว่าคลังแสงขีปนาวุธนิวเคลียร์ของโซเวียตมีขนาดเล็กกว่าของฝ่ายเนโท ดังนั้นโซเวียตจึงไม่มีจรวดเพียงพอที่จะโจมตีในสามทิศทางได้ จดหมายจากโซเวียตขู่จะช่วยให้อังกฤษและฝรั่งเศส มั่นใจว่าเนโท (รวมถึงประเทศสหรัฐอเมริกา) ยังสามารถป้องกันการโจมตีของโซเวียตได้

ในปี พ.ศ. 2500 อย่างไรก็ตาม บุลกานิน ได้มีส่วนพัวพันในการต่อต้านนโยบายปฏิรูปครุชชอฟ โดยกลุ่มผู้ต่อต้าน นำโดย วยาเชสลาฟ โมโลตอฟ ในเดือนมิถุนายน โมโลตอฟและกลุ่มผู้ต่อต้านพยายามทำรัฐประหารกับครุสชอฟ แต่ล้มเหลวเนื่องจากการช่วยเหลือของจอมพลเกออร์กี จูคอฟนำกองกำลังยุติไว้ได้ เมื่อพวกพ้องกำลังพ่ายแพ้และถูกถอดออกจากอำนาจ บุลกานิน รอดจากการถูกถอดออกมาได้สักพักหนึ่ง แต่ในเดือนมีนาคมปี พ.ศ. 2501 ครุชชอฟได้บีบเขาให้ลาออกจากตำแหน่ง[2] เขายังคงได้รับการแต่งตั้งเป็นประธานของธนาคารแห่งชาติโซเวียต จนถึงเดือนกันยายน บุลกานิน ถูกถอดออกจากคณะกรรมการกลางและถอดยศจอมพล เขาถูกเนรเทศไปยังสตัฟโรปอลในฐานะประธานสภาเศรษฐกิจภูมิภาค ในเดือนกุมภาพันธ์ปี 1960 เขาได้เกษียณอายุและจากไปอย่างสงบในปี พ.ศ. 2518