Tras la muerte de Stalin en 1953, se mostró decidido partidario y colaborador de la línea aperturista de Jruschov, bajo cuya protección se convirtió en presidente de la URSS (1960-64); desde ese cargo encabezó la lucha de los jóvenes tecnócratas contra los viejos comunistas ortodoxos. Sin embargo, colaboró en el golpe de Estado que derrocó a Jruschov en 1963. En 1964 fue designado secretario general del PCUS, cargo que le otorgó el máximo poder en el régimen soviético durante 22 años, si bien se instauró una ficción de dirección colegiada para corregir los excesos personalistas de épocas anteriores.

La apariencia inicial de un poder compartido con Podgorny (jefe de Estado) y Kossygin (jefe del Gobierno) se disolvió pronto, sobre todo a partir de que las discrepancias entre Brezhnev y Podgorny llevaran a éste a dimitir, acumulando Brezhnev la Presidencia de la URSS (1977). Sin nuevas ideas para dinamizar el régimen comunista, el país volvió al centralismo de la época estalinista y se fue hundiendo paulatinamente en la burocratización y el estancamiento.

En política exterior, Brezhnev defendió la doctrina de la «coexistencia pacífica» con el bloque capitalista, tanto más justificada a medida que el estancamiento económico iba dejando atrás a la URSS en sus posibilidades de competir con Estados Unidos. Pero aunque impulsó las negociaciones de desarme con Estados Unidos (acuerdos SALT, de 1972 y 1979), no cesó la agresividad militar soviética, especialmente sobre los países de su área de influencia: en 1968 mandó aplastar por la fuerza la «primavera de Praga», un intento de los comunistas de Checoslovaquia de reformar el régimen en sentido democrático.

Con motivo de aquella invasión formuló la doctrina de la «soberanía limitada», que convertía a los países socialistas del este de Europa, integrados en el Pacto de Varsovia, en satélites semicoloniales de la URSS; igualmente avaló la invasión militar de Afganistán en 1979 -de la que, al parecer, no era partidario-, alegando la existencia de amenazas sobre el régimen prosoviético de aquel país. Desde entonces, ya anciano y enfermo, su influencia en el Politburó decayó hasta su muerte. El «culto a la personalidad» del dictador destacó sus facetas de estratega (nombrado mariscal en 1976) y escritor (Premio Lenin de Literatura en 1980).