Nel 1956, la rivoluzione ungherese rovesciò il governo Comunista Ungherese. La risposta di János Kádár fu la formazione di un nuovo governo comunista, che ricevette però scarso sostegno. Serov fu responsabile del rifiuto agli incontri fra gli ungheresi ed i negoziatori sovietici, facendo scoppiare le violenze a Budapest fra le proprie truppe e gli ungheresi. Organizzò l'arresto del gruppo di Imre Nagy, e coordinò la cattura del generale ungherese Pál Maléter e l'interruzione dei colloqui di pace fra l'Armata Rossa e i combattenti ungheresi per la libertà.