Am 17. April 1957 übernahm Menon im dritten Kabinett Nehru das Amt des Verteidigungsministers, das er bis zum 31. Oktober 1962 auch im vierten Kabinett Nehru bekleidete. Während seiner Amtszeit kam es am 20. Oktober 1962 zum Beginn des Indisch-Chinesischen Grenzkrieges im Bereich der McMahon-Linie, der am 31. Oktober 1962 wegen der sich abzeichnenden Niederlage zu seiner Entlassung führte.