1957, 23 мая – первый заместитель председателя Госплана СССР, в ранге министра СССР (до 1 июля 1957 года).
1957, июнь – поддержал Н. С. Хрущева в противостоянии с так называемой «антипартийной группировкой».
1957, 29 июня – член Президиума ЦК КПСС.
1957, 4 июля – назначен заместителем председателя Совета министров СССР (до 4 мая 1960 года).
1957 – член Главного военного совета при Совете обороны СССР.
1958, 31 марта – заместитель председателя Президиума Совета министров СССР.
1958, 13 октября – председатель комиссии Президиума Совета министров СССР по вопросам цен (до 13 августа 1959 года).
1959, январь – делегат XXI съезда КПСС.
1959, 20 марта – председатель Государственного планового комитета (Госплана) СССР (до 4 мая 1960 года).
1959, 24 марта – представитель СССР в Совете экономической взаимопомощи (СЭВ).
1959 – член Совета обороны СССР.
1961, октябрь – делегат XXII съезда КПСС.
1962, 28 апреля – член Президиума Совета министров СССР.
1964, февраль – присвоено звание Героя Социалистического Труда.
1964, март – визит в Италию, встречи с представителями делового мира.
1964, октябрь – поддержал смещение Н. С. Хрущева с руководящих постов государства.
1964, 15 октября – председатель Совета министров СССР.
1964, конец октября – участник встречи, вместе с Л. И. Брежневым и Н. В. Подгорным, с высшим руководством Польши – Вл. Гомулкой и Ю. Циранкевичем в Беловежской Пуще.
1965, 5 октября – подписал постановление ЦК КПСС и Совета министров СССР «О совершенствовании планирования и усилении экономического стимулирования промышленного производства».
1966, январь – участие в межправительственных переговорах в Ташкенте по урегулированию военного конфликта между Пакистаном и Индией.
1966, апрель – делегат XXIII съезда КПСС.
1966, 8 апреля – член Политбюро ЦК КПСС (до 21 октября 1980 года).
1966, 16 мая – подписал постановление «О повышении материальной заинтересованности колхозников в развитии общественного производства».
1966, 10 ноября – назначен председателем Президиума Совета министров СССР.
1967, 13 апреля – подписал постановление «О переводе совхозов и других государственных сельскохозяйственных предприятий на полный хозяйственный расчет».
1967, 1 мая – смерть жены Клавдии Андреевны Косыгиной.
1967, май – участие в улаживании вооруженного конфликта между Израилем и рядом арабских стран («Шестидневная война»).