Im Rahmen der Operation Anadyr wurde ihm im Juli 1962 das Kommando über das nach Kuba verlegte Truppenkontingent der Sowjetarmee übertragen. Zwar wurde er in einer mündlichen Anweisung Chruschtschows bevollmächtigt, im Kriegsfall auch ohne Rücksprache mit Moskau die neun ihm zur Verfügung stehenden taktischen Atomwaffen des Typs „Luna“ gegen die amerikanischen Streitkräfte einzusetzen, dies galt jedoch nicht für die in Kuba stationierten nuklearen Mittelstreckenraketen (SS-4 und SS-5). In dem schriftlichen Befehl, den Plijew im September 1962 von Verteidigungsminister Malinowski erhielt, fehlte jedoch dieser Vorbehalt. Im Oktober 1962 hatte Plijew das Kommando über sämtliche in Kuba stationierten Luna-Raketen, Il-28-Bomber, 36 SS-4 sowie 36 Marschflugkörper vom Typ FKR-1. Nachdem weitere Nuklearwaffen in Kuba eingetroffen waren, erhielt Plijew zwar die Anweisung zur vollen Gefechtsbereitschaft, allerdings wurde ihm der Einsatz sämtlicher Nuklearwaffen zunächst untersagt. Nach dem Abschuss einer amerikanischen Lockheed U-2 wurde Plijew von Chruschtschow persönlich untersagt, Luftabwehrwaffen gegen weitere U-2 einzusetzen, wenig später erhielt Plijew den Befehl, den Rückzug aller Nuklearwaffen aus Kuba zu organisieren.