I 1952 ble Ustinov medlem av Sentralkomiteen. I mars 1953, etter Stalins død, ble Ministeriet for krigsmateriell og Ministeriet for flyindustrien slått sammen til Departementet for forsvarsindustri, med Ustinov som sjef. I 1957 forlot han stillingen som stedfortredende statsminister i Sovjetunionen og ble ordførende i Den militærindustrielle kommisjon.