同时他也警告，如果米国海军试图拦截开往古巴的苏联船只，苏联迟早将下令潜艇击沉那些米国军舰，或在公海上拦截米国船只进行报复，苏联不能无限期地忍耐下去。
24日上午10点，米国的海上封锁正式启动，米国海军在距离古巴500海里的水域设置障碍物。
这个时候，有16艘苏联干货船和6艘油轮正驶往古巴，其中3艘舱口大的货船适合装载导弹。
最终，美苏两国在加勒比海形成两军对垒局面，一个极度危险的局面。
只要苏联船只拒绝停航接受检查，米国海军就将对其开火；而苏联货船由携带核弹头的潜艇护航，一旦货船受到攻击，潜艇舰长可以对米军舰进行还击，必要的时候可以自行决定使用原子鱼雷。
在古巴，苏联不仅拥有中程导弹，还有162枚核导弹和战术核弹头。
对峙的场面出现，让赫鲁晓夫和肯尼迪都显得焦虑不安。
肯尼迪怀疑他的命令是否被正确理解与执行，强调“只有总统的命令才能开火，否则会发生第三次世界大战”。
赫鲁晓夫虽然认为米军的军事动员是在恐吓，但对局势的发展感到没有把握。
在24日上午举行的中央主席团会议上，他表示希望解决导弹危机。
他说，继续与肯尼迪针锋相对不会有什么成效，提议运送导弹前往古巴的船只停止前进，或就地抛锚等待封锁结束，或掉头返航，并寻求新的途径保护古巴，或者使之成为“一个和平的地区”。
会上决定，运送民用物资的船只，包括油轮继续前进，并且不准米国登船检查。当时，军舰和潜艇的船长接到莫斯科发来的密码电报，命令“不要和米国的阻拦发生接触，不得越过封锁线，而要转移到一个安全的地方，原地待命。”
而在米国，肯尼迪也指示大西洋舰队司令部，除了给苏联船只掉头回去的机会外，不要采取任何行动，让苏联船只平静地离开。
为了防止海军军官冒失行事、采取一些未经授权的行动，从而加剧危机，他同时还给海军作战部长安德森下达严格命令：对封锁区以外的任何苏联船只和舰艇一概不得加以阻拦、强行登船或骚扰；对驶往隔离线的船只要密切跟踪，没有明确指示不能采取行动。
25日，赫鲁晓夫主持召开中央政治局会议。
他认为，最新情报表明，肯尼迪不会退缩。如果坚持在古巴部署导弹，其结果只能是一场战争，现在是采取战术灵活性的时候了，建议直接进行交易。如果肯尼迪保证不入侵古巴，他将下令拆除弹道导弹。
26日，18艘苏联货船中的16艘开始返航；同一天华盛顿收到赫鲁晓夫给肯尼迪的一封私人信件，“表示出对于危机的含义有着完全合乎情理的了解。”
赫鲁晓夫在信中敦促肯尼迪审慎行事、保持克制，并且暗示：苏联可以从古巴撤走导弹和部队，作为交换，米国则保证不入侵古巴。
27日，米国的两架低空侦察机遭到古巴地面炮火袭击，一架U-2飞机被苏联导弹击落，飞行员丧生。
米国国内要求空袭的压力越来越大。
这一天，还不知情的赫鲁晓夫提出了新的交易条件，要求米国撤去在土耳其的导弹来换取苏联撤除在古巴的导弹。
已经知道情况的肯尼迪也没有批准对古巴的报复，而是在苏联问题专家的建议下，故意不理睬赫鲁晓夫的第二封信，只对他第一封信的建议——以保证不入侵古巴来换取苏联从古巴撤出导弹做出回应。
他在信中警告赫鲁晓夫：如果苏联不撤走导弹，或是把这一问题同欧洲和全世界的更广泛的问题联系起来而使古巴问题的争论拖延下去，那么肯定会使古巴危机加剧，并使世界和平受到严重的威胁。为了避免任何通讯上的延误，米国政府同样将此信直接向媒体发布。
晚些时候，得知有米国飞机在古巴上空被击落，赫鲁晓夫非常震惊，非常担心肯尼迪受不了这样的刺激而做出强硬反应，对驻古巴苏军司令官进行了一番痛斥。
28日凌晨，苏联驻古巴大使转述了卡斯特罗的信件，卡斯特罗言称今后24-72小时米国会入侵古巴。卡斯特罗的信件实际是督促苏联“立即对米国发起核攻击”。
28日上午10点，赫鲁晓夫再次召开最高苏维埃主席团会议，并在会议当中收到了肯尼迪的来信。
他认为，肯尼迪已经做出了最后让步，苏联如不妥协，米军入侵古巴不可避免。
会议决定：接受米国承诺不入侵古巴、苏联撤出导弹的建议。
11月8日至11日，苏联撤走了在古巴的全部导弹，并在公海上接受了米国海军船靠船的检查和拍照；
11月20日，苏联又答应在13天内撤完伊尔-28型轰炸机。
随即，米方宣布解除封锁。
苏联军方利用这次事件提出一个新的、大规模的核武器计划，特别是要大力发展能够打击到米国本土的陆基洲际导弹。
这个计划得到了批准。
以此改变在导弹危机中所表现出来的核劣势，实现与米国的势均力敌……
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