Stalin døde i mars 1953, og i den reorganiseringen som fulgte, ble et mindre politbyrå innsatt. Selv om Bresjnev ikke ble medlem av politbyrået, ble han oppnevnt til sjef for den politiske administrasjonen i hæren og marinen med rang av generalløytnant. Khrusjtsjov etterfulgte Stalin som generalsekretær, og Bresjnev tok hans side i konflikten med Georgij Malenkov. I 1955 ble Bresjnev oppnevnt til førstesekretær i kommunistpartiet i Kasakhstan. På overflaten hadde han i oppgave å lede nydyrkingen av nytt jordbruksareal, et ledd i Jomfrulandplanen. I realiteten ble han involvert i utviklingen av Sovjetunionens atomvåpenprogram, herunder Bajkonur kosmodrom i Kasakhstan. Jomfrulandplanen lyktes ikke i å løse den sovjetiske matvaremangelen, og Bresjnev ble kalt tilbake til Moskva i 1956.