Okres powojenny Po wojnie, do czerwca 1946 był zastępcą głównodowodzącego Wojsk Lądowych do spraw szkolenia bojowego. W latach 1946–1947 zastępca przewodniczącego Sojuszniczej Komisji Kontroli na obszar Bułgarii, zastępca Głównodowodzącego Południowej Grupy Wojsk oraz dowódca 10 Armii Zmechanizowanej – do czerwca 1947. Następnie do maja 1953 dowodził Nadmorskim Okręgiem Wojskowym, do czerwca 1954 Centralną Grupą Wojsk, do kwietnia 1962 był I zastępcą Głównodowodzącego Wojsk Obrony Powietrznej Kraju. Od kwietnia 1962 do marca 1963 był Głównodowodzącym Wojsk Rakietowych Przeznaczenia Strategicznego ZSRR. Funkcję tę łączył z piastowanym od 1955 stanowiskiem zastępcy ministra obrony ZSRR. Od 1963 był szefem Sztabu Generalnego Armii Czerwonej i I zastępcą ministra obrony ZSRR. Uważa się, że nominacja mogła być swoistą karą ze strony Chruszczowa za domniemany udział Biriuzowa w grupie kremlowskich mocodawców szpiega Olega Pienkowskiego.

Od 1926 członek RKP(b), od 1961 członek Komitetu Centralnego KPZR, deputowany do Rady Najwyższej ZSRR od 2. do 6. kadencji.

Był autorem kilku tomów wspomnień z okresu swojej służby wojskowej.