Carrillo va comptar amb el suport tant del president com de la influent Fundació Eva Perón; però es va desil·lusionar amb el que veia com la complaença i carrerisme en gran part de l'administració Perón, i va renunciar el 23 de juliol de 1954. Va tornar a l'acadèmia, i va obtenir una beca de Perón per visitar els Laboratoris Lederle als Estats Units alhora que adquiria nous antibiòtics per al Ministeri de Salut, així com cercava un tractament més especialitzat per a l'empitjorament de la seva malaltia hipertensiva. Parant a Brasil per organitzar una sèrie de conferències, el seu viatge de tornada va ser interromput per la notícia que el president Perón havia estat enderrocat al cop d'estat del 16 de setembre del 1955.