У жовтні 1964 року разом із секретарем ЦК КПРС Леонідом Брежнєвим Підгорний став одним з учасників групи вищого партійного керівництва, які підготували і провели зміщення Микити Хрущова з посади першого секретаря ЦК КПРС (на думку деяких дослідників — відіграв вирішальну роль в усуненні Хрущова).