Come capo del GRU, Serov presiedette uno dei periodi più corrotti nella storia dell'istituzione. Fu il periodo in cui il GRU fornì più informazioni agli Stati Uniti di quante ne ottenesse. Fu anche uno dei protagonisti della Crisi dei missili di Cuba, aiutando la leadership sovietica con materiale di intelligence americano. Dopo che l'Unione Sovietica fallì nel mantenere il controllo della crisi, e la disgregazione dell'ordine interno del GRU, Serov venne rimosso dalla posizione. Nel 1965 venne espulso dal Partito, cosa che pose fine alla sua carriera.