Op 16 januari wordt Fidel Castro tot eerste minister benoemd, terwijl de functie van president wordt ingevuld door Manuel Urrutia, een rechter die de aanvallers van de Moncada-kazerne in 1953 had verdedigd.

Eén van de eerste grote hervormingen die het nieuwe regime doorvoerde was een al lang beloofde landbouwhervorming. In een eerste fase (1959) werden alle landerijen groter dan 400 ha genationaliseerd (hieronder onder meer de gronden van United Fruit Company). Kritiek op de hervormingen leidde ertoe dat Urrutia als president vervangen werd door Osvaldo Dórticos, een M-26-7 leider uit Cienfuegos. Dit was een periode van behoorlijk wat onrust: veel hoog opgeleide technici, ingenieurs, juristen en rechters zien de toekomst niet zoals Fidel Castro die ziet en verlaten het land; in het Centraal-Cubaans Escambray-gebergte komt een contra-guerrilla op gang (gesteund door de CIA) en de relaties met de VS beginnen te verzuren. Amerikaans vice-president Nixon is ervan overtuigd dat Castro onder invloed staat van de communisten (tot op dat moment had Castro dit altijd ontkend) en zorgt in de VS voor een anti-Castro discours dat uiteindelijk zal leiden tot de Varkensbaai-invasie in 1961 (zie verder).

Om dit alles op te vangen zoekt Castro steun bij de Sovjetunie die er in 1960 effectief mee instemt technici naar Cuba te sturen om de ontstane braindrain te compenseren.
In maart 1960 ontploft in de haven van Havana het Franse schip Coubre, op dat moment volgeladen met Belgische wapens. Er vallen 81 slachtoffers en 200 gewonden. Cuba beschuldigt de door de CIA gesteunde Cubaanse emigranten hiervan en de relaties met de VS krijgen alweer een flinke deuk.
Twee weken later autoriseert Eisenhower de CIA een contrarevolutionair legertje te trainen om het Castro-regime omver te werpen. In juni van datzelfde jaar weigeren de raffinaderijen van Texaco, Standard Oil en Shell – onder druk van de VS – om nog langer Russische olie te raffineren. Twee weken later worden deze bedrijven door de overheid genationaliseerd. In juli schrapt Eisenhower 700.000 ton suiker van het Cubaanse quotum dat aan de VS zou verkocht worden maar korte tijd later biedt de Sovjetunie Cuba aan alle suiker te kopen die niet meer door de VS wordt opgekocht. In augustus nationaliseert Cuba de telefoon- en elekriciteitsmaatschappijen (die in Amerikaanse handen waren) alsook 36 suikermolens. Hierop drukken de VS binnen de OAS (Organisatie van Amerikaanse Staten) een resolutie door waarin extra-continentale (dus Sovjet) interventie in het westelijk halfrond veroordeeld wordt.
In oktober 1960 nationaliseert Castro de meeste banken en de bijna 400 grootste Cubaanse firma’s. Een wet op de stedelijke hervorming nationaliseert bovendien ook alle huurwoningen. De VS reageren op dit alles door in diezelfde maand nog al een gedeeltelijk handelsembargo tegenover Cuba in te stellen. Cuba reageert hierop met de nationalisatie van alle nog resterende Amerikaanse bedrijven. De Koude Oorlog wordt volop uitgevochten op het Cubaanse schouwtoneel en het nieuwe regime vindt stilaan alleen nog steun bij de Sovjetunie.

Tegen januari 1961 diende de Amerikaanse ambassade in Havana als een spil voor het beramen van allerhande destabiliseringsprojecten en Cuba droeg de VS dan ook op hun ambassadepersoneel van 300 naar 11 personen terug te brengen, evenveel als er toen Cubanen in de Cubaanse ambassade in Washington waren. In plaats daarvan verbreken de VS alle diplomatieke relaties met Cuba en verboden hun burgers nog langer naar Cuba te reizen. Het overblijvende quotum Cubaanse suiker wordt eveneens afgeschaft.
Intussen worden tientallen aanslagen beraamd op Castro alsook plannen om het regime ten val te brengen. De bekendste episode hierin is de zogenaamde Varkensbaai-invasie. Op 17 april 1961 landden ongeveer 1400 Cubaanse emigranten (die door de CIA getraind waren) op de stranden van Girón en Playa Larga, aan de zuidkust van Cuba, vlakbij het gigantische moerasgebied van Zapata. Men ging ervan uit dat dit oninteressant natuurgebied helemaal niet bewaakt zou worden, waarop een eerste stukje Cuba aldus zou kunnen worden ingepalmd, en van waaruit men dan later het regime zou kunnen omverwerpen. Castro en zijn mannen bleken hierop echter voorbereid en de Varkensbaai-invasie werd een fiasco voor de VS. 72 uur na het begin van de invasie waren de meeste aanvallers gevangengenomen en 11 vijandelijke gevechtsvliegtuigen waren neergeschoten. De bijna 1200 gevangenen werden later geruild met de VS voor voedsel en medicijnen. De invasie staat op Cuba geboekstaafd als de eerste militaire nederlaag van de VS op het Amerikaanse continent, een prestatie waarop men nog steeds onnoemelijk trots is.
Na de Varkensbaai-nederlaag kondigden de VS nu een volledig handelsembargo af (juni 1961) en tegen januari 1962 slaagden ze erin de OAS (Organisatie van Amerikaanse Staten) onder druk te zetten en Cuba uit de vereniging te laten zetten. In 1962 staat Cuba opnieuw in de schijnwerpers van de wereldpolitiek tijdens de zogenaamde rakettencrisis. De Sovjetunie plaatste in die periode kernraketten op Cuba die eender welk Amerikaans doelwit konden bereiken en dat zinde de Amerikanen allerminst (hoewel zij zelf vanuit West-Europa net hetzelfde deden met de Sovjetunie). Uiteindelijk besloot Chroetschev de raketten te ontmantelen; de wereld suisde op een haar na voorbij een derde wereldoorlog.

In 1963 voerde men een tweede landbouwhervorming door waarbij ongeveer 10.000 middelmatig grote landbouwbedrijfjes werden genationaliseerd. De limiet voor privé-boerderijen werd nu gesteld op 65 ha. Iets meer dan 2/3 van de Cubaanse landbouwgrond was nu in handen van de staat. In 1968 tenslotte werden de ongeveer 55.000 resterende kleine ondernemingen genationaliseerd.

Door allerhande problemen draaide de Cubaanse economie op het einde van de jaren 1960 behoorlijk vierkant – ondanks massale Sovjetsteun – en de poging om in 1970 een suikerproductie te halen van 10 miljoen ton zorgde voor enorme schaarste door een té grote nadruk op de suikersector.
In de jaren 1970 en 1980 raakte de Cubaanse economie steeds meer afhankelijk van de Sovjetunie: tegen 1988 verliep 87 % van Cuba’s buitenlandse handel met de Sovjetunie en het toenmalige Oostblok.

In 1975 keurde een eerste Congres van de Cubaanse Communistische Partij een nieuwe grondwet goed. Hiermee werd het land nu ingedeeld in 14 provincies (in plaats van 6 tot dan toe) en werd de presidentsfunctie (tot dan nog steeds vervuld door Osvaldo Dorticós) vanaf dan ingevuld door Fidel Castro (die voordien eerste minister was geweest).

Intussen speelde Cuba ook op het internationale toneel een rol. In de jaren 1960 en 1970 werd de tijd rijp geacht om de revolutie te exporteren : Che Guevara probeerde dit eerst in Zaïre, en later in Bolivië waar hij in 1967 werd gevangen genomen en gedood in het bijzijn van CIA-adviseurs. Cuba zelf stuurde duizenden manschappen naar Afrika om er revolutionaire bewegingen te steunen in Angola, Guinea, Mozambique en Ethiopië. In Angola behaalden zij een klinkende overwinning tegen het leger van het Zuid-Afrikaanse apartheidsregime, een succes dat op heel wat applaus werd onthaald in de hele Derde Wereld. Castro haalde er het voorzitterschap van de beweging van niet-gebonden landen mee binnen en kon op die manier aan de wereld laten zien dat Cuba geen pure satelliet van de Sovjetunie was.

In 1977 richtten de VS een belangensectie op in Havana en Cuba een in Washington, nog niet echt een consulaat of een ambassade, maar toch een pril begin van nieuwe diplomatieke betrekkingen.
Halfweg de jaren 1980 startte men op Cuba met een campagne die fouten uit het verleden moest rechtzetten. Hierbij werd gepoogd de bureaucratie in te krimpen en meer inspraak te organiseren op lokale niveaus. Op het einde van de jaren 1980 valt echter de Berlijnse Muur, implodeert de Sovjetunie en in zijn kielzog het volledige Oostblok, en stokt de stroom economische steunmaatregelen aan Cuba. Het land verliest hiermee meer dan driekwart van zijn buitenlandse handel en noodmaatregelen dringen zich op. Castro kondigt een Speciale Periode in vredestijd af en strenge besparingsmaatregelen worden ingevoerd. De eerste helft van de jaren 1990 worden voor de Cubanen dan ook een zwarte periode waarin schaarste is aan allerhande materialen en consumptiegoederen. De deuren worden opengezet voor internationale economische samenwerking via joint-ventures, het internationale toerisme wordt binnengehaald als reddingsboei om de zinkende economie te redden. Sinds de tweede helft van de jaren negentig groeit de Cubaanse economie opnieuw traag maar gestaag.