1956年2月14日，苏共20大在克里姆林宫开幕。赫鲁晓夫作了工作报告。大会选举赫鲁晓夫为第一书记。
就在大会闭幕后代表们准备第二天返程时，2月24日夜11时至25日晨他们突然被召回，同时还有100多名已恢复名誉和获释的党员参加了这个会议。赫鲁晓夫作了题为《关于个人崇拜及其后果》的报告，它被称为“秘密报告”。在历时4个多小时的报告中，赫鲁晓夫基本上没有看讲话稿，他毫不客气地点名批评斯大林，揭露了斯大林的严重错误。
大会开幕前，当中央委员会主席团讨论向大会所作的报告内容时，赫鲁晓夫要求写进关于个人崇拜及其后果的内容，但遭到了莫洛托夫、卡冈诺维奇、伏罗希洛夫和马林科夫的坚决反对。大会开始后几天，赫鲁晓夫又把主席团成员召集起来，并向他们宣布，他们虽然可以不允许他在代表中央委员会的报告中谈斯大林问题，但谁也无法阻止他以一个普通代表的身份在某一次会议上发言。“秘密报告”就这样产生了。
赫鲁晓夫一开始就声明，不是全面评价斯大林的一生。“我们要谈的问题是，对斯大林的个人崇拜是怎样形成的，它怎样在一定阶段上变成一系列极其严重地歪曲党的原则，歪曲党的民主和革命法制的根源的。”赫鲁晓夫主要揭露了斯大林在“肃反运动”中枉杀无辜、破坏社会主义法制，以及在卫国战争初期对苏军严重失利所应负的责任。对肃反运动，当时赫鲁晓夫的估计仍然是非常保守的、谨慎的。实际上，赫鲁晓夫领导的平反昭雪工作才刚刚开始，对于30年代肃反运动的规模及其草菅人命和迫害无辜的程度尚不十分清楚。赫鲁晓夫当时还肯定反对托洛茨基分子、右派分子和民族主义者斗争的必要性，他只是揭露斯大林在镇压了托洛茨基分子、季诺维也夫分子和布哈林分子以后，提出所谓“人民敌人”这个概念，破坏社会主义法制，镇压了许许多多过去维护党的路线的干部这一事实，并指出从1954年到“20大”召开前夕，最高法院军事法庭已经为7979人恢复了名誉。
赫鲁晓夫强调斯大林是一个“心胸狭窄、残忍和滥用职权的人。他常常不仅对真正的敌人而且对那些对党和苏联政府毫无罪行的人进行镇压。这里没有一点道理，有的是对于弗·伊·列宁感到震惊的残忍暴力的炫耀。”
赫鲁晓夫证实说：“斯大林怀有病态的猜疑，他是疑心很重的人，我们和他一起工作过是了解这一点的，斯大林有时对人说：‘为什么你今天总是鬼鬼祟祟？’或者‘为什么你今天总是不敢坦然正视我？’因为怀有病态猜疑心，斯大林即使对那些了解多年的党的优秀活动家也不信任，在他看来简直到处是‘敌人、叛徒、间谍’”。（会场骚动，这是原文中的当时记录）“斯大林这一猜疑心被贝利亚巧妙地加以利用了。这是一个卑鄙的挑衅分子，一个恶毒的敌人，他杀害了数千名共产党员和忠诚的苏联人民，沃兹涅辛斯基和库兹涅佐夫地位的上升引起贝利亚的戒心。现在已经弄清，正是贝利亚，要么他自己，要么他利用他的心腹出面，采取谈话、匿名信件以及各种流言的方式，让捏造出来的东西传到斯大林的耳朵里去。？？斯大林习惯说：‘我再动一动小指头，沃兹涅辛斯基和库兹涅佐夫就完蛋了’”。（会场骚动）。
赫鲁晓夫认为斯大林在苏德战争前怀有“失败主义情绪”，应对苏军初期战争的失利负直接责任。因为“据现在发表的文件，丘吉尔在1941年3月通过英国驻苏联大使，直接向斯大林发出警告：德国为进攻苏联而重新编制军队。？？尽管有这重要的警告，但斯大林并没有采取必要措施来加强苏联的防卫以免遭袭击”，甚至“在希特勒军队侵入苏联的前夜，一个德国公民越过边境报告说：他们已经接到命令在6月22日凌晨2时发动对苏联的进攻，这件事马上被告知斯大林，但他对这一报告也加以漠视。”（会场骚动）。
报告说：“在战争期间，斯大林为了抬高自己作为伟大领袖的威信，而进行了非常的努力。他用各种各样的方法向人民灌输这样的想法：苏联在卫国战争中的胜利是由于斯大林的勇气、果断和天才，其他任何人都不在话下。？？让我们举出我国的历史影片、军事影片以及一部分文学作品来看看。这也有同样的倾向，这些东西简直令人作呕。他们的真正目的是宣传称颂斯大林是军事天才这些问题。我们想起《攻克柏林》这部影片。在这部影片中只有斯大林在行动，斯大林在许多空椅子围成的一个位置上发布命令。”（会场发出哄笑声）“使伟大卫国战争取得胜利的并非斯大林，而是整个党，苏联政府，我们英雄的军队，它的天才指挥员和勇敢的士兵，以及全体苏联人民。”（全场长时间热烈鼓掌）。
赫鲁晓夫揭露斯大林在民族问题上的严重错误。卫国战争期间，斯大林以一些民族“与法西斯合作”为名，对这些民族进行处罚，强行将整个民族迁离故乡，放逐到中亚或西伯利亚。报告说：“不要说马克思列宁主义者，只要有一些常识的人，谁也不能设想这种行为，怎么能够说整个民族要为对敌行为负责呢？怎么能够针对整个民族，包括妇女、儿童、老人、共产党员、共青团员在内进行镇压呢？怎么能够要他们为个别人或某些组织的敌对行为去遭受苦难呢？”
赫鲁晓夫的“秘密报告”在代表中引起极大的震惊和反响，同时也得到绝大多数代表的拥护。2月25日苏共20大的代表们一致通过了“苏共20大关于赫鲁晓夫同志《关于个人崇拜及其后果》报告的决议”，责成党中央继续采取措施保证完全克服与马克思列宁主义格格不入的个人崇拜，恢复党的生活准则和集体领导原则。
“秘密报告”在当时只局限在苏共中央委员和代表的小范围内。会议结束后，报告的副本曾送东欧的兄弟共产党。美国中央情报局于大会结束当天就了解到了报告的一些内容，它立即动用其驻莫斯科和东欧的所有情报人员收集这份报告。最后是通过以色列的情报机关以高价购得报告的全文，不久就全文发表在《纽约时报》上。
苏共20大后，苏联开始大规模地平反冤假错案，释放无辜和批判个人崇拜，社会政治生活出现了巨大的转折，政治空气空前活跃起来。苏联犹太族作家爱伦堡的小说《解冻》这一书名较为贴切地反映了苏联当时的社会政治生活情绪。
但是，赫鲁晓夫的秘密行动和“秘密报告”引起了马林科夫、莫洛托夫和卡冈诺维奇等人的不安和恐慌。他们知道，如果将大清洗的问题再深入揭发下去，那就要把他们也牵连上了。马林科夫、莫洛托夫和卡冈诺维奇等人强烈反对赫鲁晓夫的作法。因此他们联合起来，准备将赫鲁晓夫赶下台。马林科夫更是感觉到自己的地位岌岌可危，他说：“应该采取行动，如果我们不撤了他，他们就会搞掉我们了”。
1957年6月5日，赫鲁晓夫和布尔加宁离开莫斯科对芬兰进行正式访问，他们将在那里逗留一周。这正好为莫洛托夫、卡冈诺维奇、马林科夫提供了机会来准备召开主席团会议，以便将赫鲁晓夫推上“断头台”。
6月14日，赫鲁晓夫一行回国，马林科夫他们的秘密活动也准备就绪了。
6月18日晨，主席团特别会议在克里姆林宫召开，会议开了3天，而且加强了克里姆林宫的警卫工作。会议一开始，马林科夫就提出中央主席团会议不应由赫鲁晓夫来主持，说这是违反列宁的传统的，应该由人民委员会主席布尔加宁主持。赫鲁晓夫此前想的还是率领苏联代表团访问波兰的事，完全没有料到马林科夫的动作这样快。投票结果是：只有赫鲁晓夫和米高扬反对马林科夫的提议，少数服从多数，赫鲁晓夫只好从大会主席的位置退下来，坐在旁边。事后，莫洛托夫得意地说：“1957年，赫鲁晓夫被撤职3天。”
赫鲁晓夫提出，他的党中央第一书记是在中央全会上选出来的，因此只有中央全会才有资格决定他的去留。他命令苏联元帅朱可夫等人动用军用飞机把住在全国各地的中央委员立即接到莫斯科。6月21日，集中到克里姆林宫的中央委员已有80多人，加上主席团的中央委员，总数已达107人，按规定召开中央全会的法定人数已经达到。
6月22日下午2时，苏共中央非常全会召开，有121名中央委员（总数为130名）、94名候补中央委员（总数为122名）出席会议。
在赫鲁晓夫的安排下，朱可夫首先发言，他直截了当地指出马林科夫、莫洛托夫和卡冈诺维奇等人在斯大林的肃反扩大化期间都扮演了极不光彩的角色，并且出示了中央档案馆中保存的当年处决“人民敌人”时的判决书，那上面在审批签名中，除了斯大林、叶若夫、贝利亚外，还有莫洛托夫、卡冈诺维奇等人的签名。
朱可夫警告马林科夫：“你们必须放弃自己的立场，否则我们就向军队和人民呼吁。”马林科夫责问：“难道你想用坦克来对付我们吗？”
朱可夫咄咄逼人回答：“只要我下命令，坦克就会出动。”
朱可夫的发言及其与马林科夫的交锋，一下子就扭转了大会的导向，马林科夫、莫洛托夫和卡冈诺维奇等人从“原告”变成了“被告”。
与会者有60多人发言激烈地批判马林科夫等人，最后于6月29日通过了《关于反对马林科夫、卡冈诺维奇和莫洛托夫反党集团的决定》。
赫鲁晓夫没有将他的对手处死，而只是将他们赶出中央委员会，甚至也没有开除他们出党。在行政职务上，莫洛托夫去职后被任命为苏联驻蒙古大使，卡冈诺维奇的新职务是彼尔姆州索利卡姆斯克的乌拉尔钾矿联合企业总经理，马林科夫的新职务是哈萨克乌斯基卡缅诺戈尔斯克州水电站站长。从某种意义上说，虽然他们的新官职不值一提，但是却还是比较实惠，都是当时苏联收入较高的部门。
1961年10月17日，苏共22大召开，这次大会被称作是“赫鲁晓夫的大会”，因为赫鲁晓夫一人包揽了会议所有的仪式：
赫鲁晓夫宣布开会。
赫鲁晓夫致开幕词。
赫鲁晓夫作第一个报告《政治报告》。
赫鲁晓夫作第二个报告《关于修改党章的报告》。
最后，赫鲁晓夫致闭幕词。
至此，苏联的党政军大权由赫鲁晓夫一人独掌。