Etter krigen steg han raskt i gradene i partiet. Han ble medlem av sentralkomiteen i 1955, og samme år ble han sendt til partiskolen i Moskva, der han studerte til 1958. I 1962 ble han fullt medlem av sentralkomiteen i Det tsjekkoslovakiske kommunistpartiet. I 1968 ble han førstesekretær i partiet, og dermed landets leder. Han innførte flere reformer, blant annet trykke- og talefrihet. Hans politiske prosjekt var «en sosialisme med et menneskelig ansikt». Men 21. august 1968 ble denne drømmen knust, ved at tropper fra de andre Warszawapakt-landene marsjerte inn i Tsjekkoslovakia. Den 17. april 1969 ble Dubček avsatt og erstattet med den Moskva-tro Gustáv Husák. Etter en periode som ambassadør i Ankara ble Dubček ekskludert fra kommunistpartiet.