Carrillo bénéficia de l’appui tant du président Perón que de la puissante Fondation Eva Perón ; mais, bientôt désillusionné par ce qu’il percevait comme de la complaisance et comme du carriérisme au sein d’une grande partie de l’administration péroniste, il préféra remettre sa démission le . Il retourna alors à son état de chercheur universitaire et obtint de Perón une bourse pour aller aux États-Unis visiter les laboratoires Lederle, afin à la fois de faire acquisition de nouveaux antibiotiques pour le compte du ministère de la Santé et de chercher un traitement spécialisé de son hypertension, qui tendait à s’aggraver. Ayant fait escale au Brésil pour y participer à un cycle de conférences, son voyage de retour fut interrompu par l’annonce que le président Perón avait été renversé par le coup d’État du 16 septembre 1955.