22 marca 1984 został powołany na stanowisko premiera Kazachskiej Socjalistycznej Republiki Radzieckiej. Był zwolennikiem reform wprowadzanych przez sekretarza generalnego KC Komunistycznej Partii Związku Radzieckiego Michaiła Gorbaczowa. Dzięki poparciu dla reform Gorbaczowa i przyjaznym stosunkom z radzieckim przywódcą, 22 czerwca 1989 objął stanowisko pierwszego sekretarza Komitetu Centralnego Komunistycznej Partii Kazachstanu. 27 lipca 1989 na stanowisku premiera Kazachskiej Socjalistycznej Republiki Radzieckiej zastąpił go Uzakbaj Karamanow. Od 22 lutego do 24 kwietnia 1990 pełnił funkcję przewodniczącego Rady Najwyższej Kazachskiej Socjalistycznej Republiki Radzieckiej, konstytucyjnej głowy republiki związkowej. 24 kwietnia 1990 został powołany na nowo utworzone stanowisko prezydenta republiki związkowej. Po stłumieniu puczu sierpniowego w Moskwie, 28 sierpnia 1991 Nazarbajew zrezygnował z członkostwa w partii.