Đại nhảy vọt là tên đặt cho Kế hoạch Năm năm lần thứ hai dự trù kéo dài từ 1958-1963. Mao tiết lộ Đại nhảy vọt tại một cuộc họp vào tháng 1 năm 1958 tại Nam Kinh. Ý tưởng trung tâm đằng sau Đại nhảy vọt là sự phát triển nhanh của nền công nghiệp và nông nghiệp Trung Quốc nên được diễn ra song song. Công nghiệp hóa thực hiện bằng nguồn cung ứng lao động giá rẻ khổng lồ và tránh phải nhập cảng các thiết bị, máy móc nặng. Để đạt được điều này, Mao chủ trương thực hiện chính sách tập thể hóa sâu rộng hơn dựa theo mô hình "Thời kỳ thứ 3" của Liên Xô trong nông thôn Trung Quốc, nơi các hợp tác xã hiện hữu sẽ được sáp nhập với nhau thành các Công xã nhân dân khổng lồ. Một công xã thí điểm được thiết lập tại Chayashan trong tỉnh Hà Nam tháng 4 năm 1958. Tại đây, lần đầu tiên, đất tư hữu bị xóa bỏ hoàn toàn và các nhà bếp công xã được giới thiệu. Tại các cuộc họp của Bộ chính trị vào tháng 8 năm 1958, quyết định được đưa ra là những công xã nhân dân này sẽ trở thành hình thức tổ chức chính trị và kinh tế mới khắp các vùng nông thôn Trung Quốc. Vào cuối năm, khoảng 25.000 công xã được lập lên, mỗi công xã có trung bình 5.000 hộ gia đình. Ở các công xã tự cung tự cấp này, lương và tiền được thay thế bằng công điểm (work points). Ngoài nông nghiệp, chúng kết hợp một vài dự án xây dựng và công nghiệp nhẹ. Mao cho rằng sản xuất lúa gạo và thép là cột trụ chính của phát triển kinh tế. Ông tiên đoán rằng trong vòng 15 năm kể từ Đại nhảy vọt, sản lượng thép của Trung Quốc sẽ vượt qua sản lượng thép của Vương quốc Anh. Trong các cuộc họp Bộ chính trị vào tháng 8 năm 1958, quyết định được đưa ra là sản xuất thép được ấn định tăng gấp đôi trong năm, đa số sản lượng gia tăng tới từ các lò nung thép sân vườn. Mao được Bí thư tỉnh An Huy cho xem một thí dụ về một lò nung thép ở Hợp Phì vào tháng 9 năm 1958, được cho là đang sản xuất thép chất lượng cao (mặc dù thực tế thì thép tinh luyện này đã được sản xuất ở nơi khác). Phấn khích vì chuyện này, Mao khuyến khích việc thiết lập các lò nung thép sân vườn loại nhỏ tại mỗi xã và tại mỗi khu phố. Nỗ lực khổng lồ từ nông dân và các công nhân khác được đưa vào để sản xuất thép từ sắt vụn. Để cung cấp nhiên liệu đốt cho các lò nung, cây rừng bị chặt bừa bãi, gây thiệt hại lớn cho môi trường thiên nhiên của địa phương. Tình trạng phá cửa nhà và bàn ghế đồ đạc để lấy củi đốt lò nung cũng xảy ra khắp nơi. Nồi, xoong, chảo, và các thứ vật dụng kim loại khác được trưng dụng để cung cấp "sắt vụn" cho các lò nung để có thể đạt được mục tiêu sản xuất. Nhiều lao động nông nghiệp bị thuyên chuyển từ thu hoạch mùa màng sang giúp sản xuất thép cũng giống như các công nhân ở nhiều nhà máy, trường học và thậm chí cả bệnh viện. Những ai có chút kinh nghiệm về sản xuất thép hoặc có hiểu biết cơ bản về luyện kim thì cũng có thể thấy được rằng sản phẩm từ các lò nung này là những đống sắt nguyên liệu phẩm chất thấp và chẳng có chút giá trị gì về kinh tế. Tuy nhiên, chính sự ngờ vực sâu đậm của Mao đối với giới trí thức, niềm tin vào sức mạnh khổng lồ của giới nông dân đã khiến ông ra lệnh thực hiện nỗ lực khổng lồ này trên toàn quốc mà không hỏi ý kiến của các chuyên gia. Nỗ lực lớn được thực hiện trong suốt Đại nhảy vọt trên phạm vi rộng như các dự án xây cất cơ bản thường được hoạch định cẩu thả, ví dụ như các công trình thủy lợi, thường được xây mà chẳng hỏi ý từ các kỹ sư được đào tạo. Hơn nữa, kinh nghiệm của các tầng lớp trí thức theo sau Chiến dịch trăm hoa đua nở đã khiến những ai biết được kế hoạch như thế là một chuyện điên rồ cũng chẳng dám lên tiếng chỉ trích. Đại nhảy vọt ngày nay được đa số mọi người, cả trong và ngoài Trung Quốc, xem như là một đại thảm họa kinh tế, thực sự đúng là một "Đại Nhảy Lùi" mà ảnh hưởng đến Trung Quốc trong nhiều năm sau đó. Khi các con số thống kê bị thổi phồng tới tay giới chức đặc trách kế hoạch, mệnh lệnh được ban ra là phải chuyển nguồn nhân lực lao động vào công nghiệp hơn là nông nghiệp. Do các đợt hạn hán và lũ lụt năm 1959-1961 kết hợp với việc quá nhiều nguồn lực bị dồn vào công nghiệp đã dẫn tới mất mùa, kéo theo đó là nạn đói. Con số người chết trong nạn đói chính thức được ghi nhận tại Trung Quốc trong những năm của Đại nhảy vọt là 14 triệu, nhưng các học giả ước tính rằng con số nạn nhân chết đói là từ 20 đến 43 triệu. Ba năm từ năm 1959 đến năm 1962 được biết như là "Ba năm Ác nghiệt" và Ba năm Thiên tai. Nhiều quan chức địa phương bị truy tố và hành quyết công khai vì báo cáo thông tin sai lệch.Kế hoạch tiếp theo mà Mao Trạch Đông ủng hộ là cuộc "Đại Cách mạng văn hóa vô sản" vào những năm 60 của thế kỷ 20. Có nhiều quan điểm khác nhau về Cách mạng văn hóa tại Trung Quốc. Theo Ủy ban Trung ương Đảng Cộng sản Trung Quốc, Cách mạng văn hóa là để "đấu tranh với giai cấp tư sản trong lĩnh vực tư tưởng và sử dụng những tư tưởng và lề thói mới của giai cấp vô sản để thay đổi diện mạo tinh thần của toàn bộ xã hội" nhưng cũng có quan điểm cho rằng đây là một cách để Mao Trạch Đông lấy lại quyền kiểm soát Đảng Cộng sản Trung Quốc sau cuộc Đại nhảy vọt thất bại. Cách mạng văn hóa ở Trung Quốc đã xóa bỏ triệt để những hủ tục còn lại từ thời trung cổ tại Trung Quốc (cúng bái để chữa bệnh, tục bó chân phụ nữ...), nhưng cũng để lại những hậu quả nghiêm trọng không chỉ về kinh tế, xã hội mà cả về văn hóa. Cách mạng văn hóa từ mục tiêu ban đầu là thay đổi diện mạo tinh thần của toàn bộ xã hội đã biến thành quy chụp, tố cáo, chỉ trích, đấu tố, thanh trừng lẫn nhau trên toàn Trung Quốc. Cuộc cách mạng này làm tê liệt các hoạt động kinh tế, chính trị, giáo dục, văn hóa của Trung Quốc; phá vỡ sự lãnh đạo của Đảng Cộng sản Trung Quốc và khiến nhà nước không còn duy trì nổi trật tự xã hội; gây chia rẽ nghiêm trọng trong Đảng Cộng sản, trong bộ máy nhà nước và trong xã hội Trung Quốc; phá hủy các di sản văn hóa vật thể và phi vật thể. Đặng Tiểu Bình nhận định Mao Trạch Đông có một phần lỗi trong việc này, nhưng phần khác là do những người thi hành cấp dưới có trình độ kém còn công chúng dễ bị kích động khiến mục tiêu đề ra bị bóp méo: "Cách mạng Văn Hóa là một sai lầm. Chúng ta phải mạnh dạn chối bỏ sai lầm này của Mao trong những năm tháng cuối đời của ông. Nhưng cũng cần nhìn vào sự thật. Sự thật là không phải mọi sai lầm và quá đáng trong cuộc Cách mạng Văn Hóa đều do Mao Trạch Đông." Có điều đặc biệt là khi phát động "Đại nhảy vọt", Mao Trạch Đông đã hơn 60 tuổi; còn "Đại Cách mạng văn hóa" diễn ra lúc ông gần 70 tuổi; và khi quyết định thiết lập ngoại giao với Hoa Kỳ thì Mao đã gần 80 tuổi.