Hän oli uudelleen Neuvostoliiton varapääministerinä, Stalinin alaisena vuosina 1947–1950. Bulganinista tuli politbyroon täysjäsen vuonna 1948. Stalinin kuoleman jälkeen maaliskuussa 1953, Bulganin nousi ensimmäiselle sijalle Neuvostoliiton johdossa, Bulganin valittiin puolustusministeriksi. Hän oli Nikita Hruštšovin liittolainen valtataistelussa Georgi Malenkovia vastaan, ja helmikuussa 1955 Bulganin valittiin Neuvostoliiton pääministeriksi Malenkovin tilalle. Bulganin hyväksyi Hruštšovin talousuudistukset ja destalinisoinnin. Bulganin ja Hruštšov matkustivat yhdessä ulkomailla Intiassa, Jugoslaviassa ja Isossa-Britanniassa. He olivat Ison-Britannian lehdistön mielenkiinnon kohteena. Heidän toimintaa nimitettiin Neuvostoliiton pr- ja suhdetoiminnaksi, ”charmioffensiiviksi”. Tämä oli täysin uudenlaista ja erilaista Neuvostoliiton ulkopolitiikan hoitamista. Bulganin ja Hruštšov tapasivat Yhdysvaltain presidentin Eisenhowerin Geneven huippukokouksessa kesällä 1955.