Z razmahom hladne vojne je moč in velikost agencije neprestano rasla. Agencija se je med hladno vojno v večji meri ukvarjala s prestrezanjem, dešifriranjem in analizo elektronskih komunikacij Sovjetske zveze in ostalih komunističnih držav. Veliko dela je bilo vloženega v razbijanje sovjetskih kriptografskih ključev saj so zahodne obveščevalne službe po t. i. črnem petku leta 1948 ostale brez dostopa do najvišjih komunikacijskih kanalov sovjetskega vrha v Moskvi. Med hladno vojno je agencija doživela več vzponov in padcev. Leta 1962 med kubansko raketno krizo, agencija ni zaznala, da namerava Sovjetska zveza na Kubo namestiti balistične rakete. Zagotavljala je obveščenost Bele hiše o dogajanju za železno zaveso. Zasedba Češkoslovaške, leta 1968, ter dogodki v Romuniji Washington in NATO niso presenetili. NSA je vilo časa posvečala tudi Bližnjemu vzhodu ter konfliktu med Arabci in Izraelom.