对于赫鲁晓夫和他的同事们来说，当时“没有布尔什维克不能攻克的堡垒”。甚至一个对赫鲁晓夫基本上持反对态度的俄罗斯历史学家也对他在克拉斯诺普雷斯奈斯基所取得的成绩留下了深刻的印象。虽然赫鲁晓夫在1932年1月区党委会议上所作的报告中包含着他对各种干扰因素所作的惯常的抨击，但大部分内容还属于“一个认真的经济学家所作的报告，他对所讲的内容有着清楚的了解”。
虽然成为鲍曼区和克拉斯诺普雷斯奈斯基区的党委书记是权力攀升阶梯上的重要步骤，但是赫鲁晓夫被任命为卡冈诺维奇的助手才是真正的转折点。由于卡冈诺维奇身兼三个高级职位（莫斯科省委书记、斯大林在中央委员会中的副手以及莫斯科市委书记），因此赫鲁晓夫实际上在莫斯科拥有绝对的发言权。此外，由于其重要性，首都党政机关受到斯大林本人的特别关注，莫斯科党委总部与中央委员会秘书处的办公地点中间只隔着两个门。
从那时起，斯大林正在关注赫鲁晓夫的想法就不再是天方夜谭了。与此同时，最终彻底放弃学业又让赫鲁晓夫感到特别不踏实：“虽然我对职位提升所带来的荣誉与责任感到洋洋得意，但是同时我也对未能毕业就不得不离开工业学院而感到惋惜。接手莫斯科市委的工作意味着要放弃我一直以来想完成高等教育的愿望。此外，就像我向卡冈诺维奇坦陈的那样，我对我在市委机构里肯定会遇到的困难感到担忧。但是我以实际行动证明了我能应付这些挑战。……”
“赫鲁晓夫的迅速提升让我很吃惊，”一位莫斯科官员在他的日记中写道：“他是工业学院里的差学生。现在他是与卡冈诺维奇一起的第二书记。不过他是个十分愚笨但擅长阿谀奉承的人。”
给人愚笨感觉的赫鲁晓夫其实并不愚笨。但是他现在面临的挑战还是十分严峻的。首都新工业正在建造标志性的工厂，同时老企业要进行设备改造与扩建。城市内及其周围正在兴建一个巨大的军事-科技-工业联合体。到处都是新的建设计划（1931年有100家新工厂上马，同时在第一个五年计划期间还要改造300家旧工厂），莫斯科充斥着来自全国各地的移民：1931年，莫斯科新增人口41.1万（增长15%）；1932年人口增加52.8万，平均每天增加近1500人。在1928～1933年间，莫斯科人口总共增加了150万，增幅为70%。
根据预先设计的蓝图，莫斯科这个社会主义的样板城市将进行扩展。但是虽然1935年公布了莫斯科市建设的总计划，但其发展真的是杂乱无章的。住房与社会服务严重落后于工业的发展，这部分是由于在第一个五年计划期间，拆除了很多的旧住房，而新住房的建造则赶不上拆除的规模。
新的社会主义建设的中心是像新地铁工程与庞大的莫斯科-伏尔加运河工程这样令人注目的项目。为了给所有新的建设计划让路，旧的标志性建筑都整个被推平，其中包括耶稣天主教大教堂、通往列宁格勒的凯旋门、基塔格罗德周围16世纪的砖墙以及斯列坚卡与萨多沃耶科尔索交界处17世纪建造的苏哈雷夫塔等。[15]
一位在1934年夏天访问莫斯科的德国作家如此描述当时的情景：
街道被挖开，到处都是长长的泥泞小沟，上面铺着肮脏的木板供人通过，挖出的泥土堆得到处都是。整个城市处于一片混乱当中，满载的卡车装着瓦砾来回穿梭。到处可以看到正在建设中的地铁站周围的长长围栏。在城市的每个角落，随着铁锤的敲打以及单铲斗挖土机、混凝土搅拌机和发电机的轰鸣，脚下的大地都在震动。成千上万的人以常人难以想象的辛勤夜以继日地工作着。市里很少看到小轿车，街道上满是轻便的马车，上面坐着莽撞的车把式。只是在市中心，才可以看到一些大的很现代的有轨电车。
这就是赫鲁晓夫突然间接手的首都。在他第一次向政治局汇报工作时，他很显然有些紧张，不过这可以理解。莫斯科的工人阶级被认为是斯大林的掌上明珠，但是他们1932年却在挨饿。为了改善工人阶级的福利，斯大林“提出了养兔子做食物的想法”。赫鲁晓夫自然是“全力支持这个计划，并且热情地执行他的指示。几乎所有的工厂和车间都开始养起了兔子，以供他们自己的厨房之需。我们还推行了一个在莫斯科周围的地下室和沟渠里种蘑菇的计划。有一些部门作出了它们应有的贡献，但每次群众运动中都会出现一些坏蛋，有些工厂的负责人不支持这件事。我们发放定量供应卡时，碰到的麻烦更多。供应卡老是不够，诈骗现象就不可避免地发生了”。
卡冈诺维奇要求赫鲁晓夫向政治局作一次汇报，说明他们正在采取的杜绝非法取得供应卡的措施。“我对这一任务感到有些担心，”赫鲁晓夫后来仍然记得：“我要向我们享有崇高威望的组织汇报，斯大林也将在场，并且要对我的汇报作出评价。对于这种情况，可以这样说，我的确有点害怕。”
汇报进行得并不顺利。他所采取的汇报他的上司们想听到的内容的策略——他已经为清除供应卡制度的各种弊端采取了全部措施，并取得了非常成功的效果——并没有取得完全理想的收获。斯大林常常说出一些事情来证明他汇报得太好，不符合实际情况。但是养兔子和定量供应卡是斯大林有据可查的实情，他对莫斯科的生活情况很了解，知道赫鲁晓夫并没有说出全部的实际情况。
“别再吹牛了，赫鲁晓夫同志，”斯大林生气地说：“还有很多小偷，很多，不要以为你把他们都抓起来了。”我们可以想象当时政治局成员们之间相互窃笑的情景。斯大林是在打趣赫鲁晓夫，但是以善意的方式，并没有羞辱这位紧张的汇报者的意思。“斯大林的这些话是以父亲的口吻讲的，一点也没有使我感到不快。他说得对。过去我认为我们已经把定量供应卡的诈骗犯都抓起来了。斯大林几乎从不走出克里姆林宫的大门，但他什么都知道，还有多少小偷仍逍遥法外，他可能都知道！对此，我大为惊奇，于是斯大林的形象在我的心目中变得更高大了。”
赫鲁晓夫依靠他的才能克服了自身的弱点。“我必须用勤奋来弥补我经验的不足。”他后来说。或者就像当时为赫鲁晓夫工作的欧内斯特·科尔曼（Ernst Kolman）所说的那样，他“依靠直觉、即兴发挥、大胆与神奇的天赋才能来弥补他在教育与文化素养上的差距（虽然并不是什么时候都能取得成功）”。
从理论上讲，像赫鲁晓夫这样的党的干部应该是总监察人，但实际上，他们对自己管辖范围内的事情事必躬亲。他们不光是行政管理人员，而且是苏联式的政治家与经理。赫鲁晓夫不是工业与建筑方面的专家，但他对那些为他工作的专家却很了解。从1933年夏天开始，莫斯科党的会议记录中充斥着十分琐碎的事情，从工业到交通，从住房到书记处工作人员的休假，无所不包。根据赫鲁晓夫的说法，“这是一个充满激情、忘我工作的时期，我们在短时间内取得了巨大的进步。……负责所有这些事情的巨大责任基本上都落到了我的肩上，因为卡冈诺维奇主要的精力都投入到莫斯科党组织以外的事情中去了。除了建造新的大楼外，在对最基础的市政设施进行现代化改造中也有很多的工作要做。莫斯科的公共厕所与排水系统已经早就过时了，市内没有自来水管干线。大部分街道是鹅卵石铺的，有些路根本就没铺过。城市运输大多仍旧是靠马车。这些事情现在回忆起来似乎令人难以置信，但当时的确就是那样的原始。”
欧内斯特·科尔曼1936年成为莫斯科共产党主管科学的副部长。虽然没有一个专职的工作人员，但该部监管着数以百计的科学与研究机构。“在这里工作需要百科全书式的知识，我们没有人有，也不可能有。”科尔曼回忆说：“由于当时每个人都夜以继日地工作，有时工作到凌晨，但实际上并没有取得太好的效果，甚至有时可能是有害的。”卡冈诺维奇与赫鲁晓夫，这两位科学与文化上的外行执掌着莫斯科知识界的大权，这肯定不会有什么帮助。不过科尔曼记得，他们两人都是很和善的，至少在当时是这样：“两人都洋溢着朝气与乐观主义精神。他们经历过很多事情，显得与众不同。特别是卡冈诺维奇，他简直有着超人的工作能力。……卡冈诺维奇倾向于系统化，甚至是理论化。我还记得我和赫鲁晓夫参观综合科技博物馆以及最新苏联发明展时的情景。他就像个孩子一样，他看到‘会说话的机器’时大喜过望，其实就是一种磁带录音机，我们都说了几句话，我的妻子卡蒂娅（Katia）唱了一首歌。”
赫鲁晓夫和卡冈诺维奇“当时都还没有被权力冲昏头脑”，科尔曼说：“两人都很朴实直率，待人就像同志一样，两人都很容易接近，特别是尼基塔·谢尔盖耶维奇。他有着‘博大的俄罗斯胸怀’，总是就他不懂的科学问题不断学习，请教我和他的下属，对此他从来没有感到难为情。即使是不擅长与人交往的卡冈诺维奇，当时也不像后来那样严肃。他待人还是很和气的，不像后来因模仿斯大林而变得声名狼藉那样，耍阴谋诡计、动不动就大声呵斥人。”
有一次，科尔曼提及列宁所说的将煤炭进行地下气化的事情。赫鲁晓夫对解决经济问题的超自然力量有着特别的爱好，“他一听到这一想法就十分狂热。他决定派我去顿巴斯熟悉气化工艺，日后好引进到莫斯科地区。虽然我表达了我的不同意见，建议派这个领域内的一位专家去，但他仍然坚持自己的意见。”于是科尔曼带着他的妻子出发了，他考察了地上与地下的气化工程，回来后写了一份关于顿巴斯气化工程的报告，他后来说，顿巴斯当时的气化工程“并不十分理想”。但是赫鲁晓夫并没有因为他的警告而改变决定（这是他的又一个典型的反应），下令在莫斯科附近上马同样的气化工程。
还有一次，科尔曼陪同赫鲁晓夫和其他两位高级军官去莫日艾斯克（Mozhaisk）镇附近视察一个绝密设施。设施处于森林深处，由一小队卫兵把守着，是“一处木质棚屋，有三四米长，没有窗户，但照明条件很好”。棚屋的一头有一架巨大的科研仪器，另一头是一个笼子，里面有一只大耗子。当这架仪器的发明者按下操纵杆时，“那只可怜的耗子身体翻转过来，小腿向空中伸着，去见了上帝。发明者用一种不是很坚定的语气向我们解释说，之所以会出现这种情况是因为向动物心脏发射了某种射线或光束。在尼基塔·谢尔盖耶维奇的热切追问下，他承认将射线的发射距离增加到三四公里需要10万倍的能量，因此现在还不能用于军事目的”。
科尔曼说，他们在棚屋里看到的表演很有可能是一个骗局，耗子实际上是被电击而死的。作为苏联领导人，赫鲁晓夫后来的行动证明他是特别抵制军事采购请求的，但是他却抵制不住高技术武器的诱惑。他对这个计划的怀疑也反映了他的另一面，这使他后来因为反对唯智力论而名声不佳。他的这种两面性反映了他对高等教育爱恨交织的情感，他坚持认为这些高等教育的东西让他搞不懂，但是从某种意义上来说，是他没有努力去搞懂高等教育。
在赫鲁晓夫负责的所有建设建筑项目中，最大的也是最重要的是莫斯科地铁工程，这是一个以典型的斯大林方式建造的项目。此外，由于遇到并克服了这种难以想象的挑战，并因此而得到了巨大的回报，赫鲁晓夫从此对创造莫斯科地铁工程奇迹所运用的技术方法十分迷信。但是后来的事实证明，这些技术方法并非是放之四海而皆准的。
莫斯科地铁工程也许是世界上最好的，也是最昂贵的工程——但这并不是因为莫斯科人真的需要它（如果地铁工程的目的是改善人民的福利水平，那些地面交通也许有着更高的效费比，而且当时还没有足够的资金去修建人们的住房及各种服务设施），而是因为这可以满足大国的目的。在战争时期，这种史无前例的深地隧道与车站可以用作躲避轰炸的避难所。同时这还可以向世人显示社会主义真的是未来世界发展的方向。为了达到这种双重目的，任何高昂的代价都是值得的：光1934年就投入了3.5亿卢布（而第一个五年计划期间每年用于全国消费品的资金只有3亿卢布），难以计数的大理石、青铜制品以及其他昂贵的材料（其中有一些肯定是从教堂里没收来的）投入到了地铁车站内，车站内装饰着雕塑、彩色玻璃与马赛克。
莫斯科地铁工程虽然从1931年就已经开工，但只是在赫鲁晓夫成为莫斯科的掌权者之后才紧锣密鼓地大兴土木的。1934年11月7日，第一条地铁线投入运营，以纪念俄国革命的胜利。赫鲁晓夫在尤索夫卡的经验帮助他认识到了封闭式隧道建筑的好处。但是“当我们开始建造时，”他后来说：“对于这样一个工程究竟需要做些什么，仅仅有一个模糊的概念，因为我们对此没有什么经验。我们把建造地下铁道几乎当作是不可思议的事情。我想今天考虑进行宇宙航行可能还要比30年代早期我们打算在莫斯科建造地下铁道容易得多。”