В 1953—1960 годах секретарь ЦК КПСС. С 4 мая 1960 по 25 января 1961 года Член Бюро ЦК КПСС по РСФСР. Согласно воспоминаниям Всеволода Меркулова, Поспелов принимал участие в подготовке речи Л. П. Берии на похоронах Сталина. Несмотря на то, что многие отмечали его фанатичную преданность Сталину, одним из первых перешёл на сторону Н. С. Хрущёва, который поручил ему возглавить комиссию по расследованию причин массовых репрессий. Материалы комиссии Поспелова были использованы в докладе Хрущёва «О культе личности и его последствиях» на XX съезде КПСС.