美国如此强硬的态度令赫鲁晓夫大吃一惊，他下令加快向古巴运送导弹及苏式轰炸机的速度。10月23日，苏联政府发表声明，表示仍要按苏古协议继续使用武器“援助”古巴，“坚决拒绝”美国的拦截，对美国的威胁“将进行最激烈的回击”。
10月24日，美国战略空军司令部再次提高了警戒级别，首次同时也是和平时期唯一一次进入二级战备状态，距离全面开战只有一步之遥。这是最高级别的警戒状态，而且持续了一个月。据此，1436架轰炸机进入警戒状态，随时待命出击。海军在加勒比海和南大西洋部署了183艘舰只，还动用了68个空军中队，组成了一个从佛罗里达到波多黎各的弧形封锁线。此时，入侵古巴的军事准备也已开启，美国在东南部集结了二战后最大规模的入侵部队，计划25万人参与行动，其中9万人登陆。
局势紧张到无以复加的地步，核战争的阴影笼罩着整个加勒比海上空，整个世界危在旦夕。
到了10月27日，三起突发事件接连发生，惊心动魄，险象环生，差一点触发全面核大战。当天上午，美军一架U-2战略侦察机在苏军中程导弹阵地上空侦察时被苏军击毁，飞行员鲁道夫·安德森少校身亡，令美军鹰派将领暴跳如雷，决定空袭苏军防空导弹和中程导弹阵地。肯尼迪考虑再三，否决了军方的空袭计划。
当天11点，美军一架U-2侦察机导航系统失灵，误入苏联楚科奇半岛上空，苏军出动米格-21拦截，U-2发出求救信号，两架带着战术核弹的美军截击机升空救援。幸运的是，马上就要被米格-21追上时，迷航的U-2侦察机找回了正确的航向，美苏与一场核冲突擦肩而过。
当天晚上，美军“兰道夫号”航母战斗群，为逼部署在古巴附近海域的苏联潜艇浮出海面，向隐藏在海底的B-59号潜艇投掷了5颗训练用深水炸弹，杀伤力很小，但爆炸声响如雷鸣。在深水炸弹的震荡下，艇长瓦连京·萨维茨基中校误以为第三次世界大战已经打响，下令准备发射核鱼雷。万幸的是，潜艇大副瓦西里·阿尔希波夫中校执意不同意发射核鱼雷，建议上浮后与总部取得联系，避免了一场迫在眉睫的核冲突。
10月28日，危机爆发的第13天，秘密外交谈判终于成功。赫鲁晓夫宣布同意撤回古巴的导弹。美国同意不入侵古巴，并秘密撤回土耳其的导弹。赫鲁晓夫在莫斯科电台中宣布撤回古巴导弹。
危机结束，到底谁是赢家？肯尼迪认为是美国，他警告他的下属们和记者们不要过分公开地吹嘘而使赫鲁晓夫感到羞辱。但他自己还是忍不住告诉国会领袖们：“我们解决了人类最大的危机之一。”赫鲁晓夫也承认，“为了和平，我们被迫作出了一些大的让步。”但他还说：“我们从肯尼迪那儿得到了无论是美国还是它的盟国都不准入侵古巴的保证，这对我们来说，是一伟大的胜利。”