9月15日，赫鲁晓夫临时回到莫斯科。几天之后，他再次动身前往土库曼、塔吉克和乌兹别克。直到一个月以后他才重新回到莫斯科。此时，苏联的导弹已经运抵古巴，发射台正在加紧施工，从苏联用船运去的伊尔——28型轰炸机部件也正在加紧组装。
得知古巴正在接受来自苏联的军事援助，美国高层极其不安。古巴随即被置于全面监视之下。军方情报部门的报告证实，供苏制防空制导导弹使用的发射台已经竣工，事实上，这些导弹属于防御性武器。从空中明显可见的大规模建筑工程其实同一个新建港口有关，修建这个港口的目的是为了满足古巴渔业的需要。但美国情报部门认为正在兴建的是可以用作苏联潜艇基地的大型船坞。美国政府向苏联驻美大使阿·多勃雷宁表示对这一工程感到关注；45艘美国军舰和1万名海军陆战队在距古巴近在咫尺的海域举行了军事演习；美国U-2型侦察机越来越频繁地定期飞越古巴，但保持在不侵犯这个岛国领空的高度。肯尼迪总统要求国会授权他召集15万后备役军人；9月4日，他又发出警告：美国无论如何都不能容忍在古巴建立地对地导弹或任何其他形式的进攻性武器。
这一警告被置之不理，运往古巴的苏联货物，其性质已经发生变化。苏联向古巴提供导弹和轰炸机的行为并未违反国际法。古巴是个独立的主权国家，她有权向苏联要求军事援助，而苏联也同样拥有充分权利准许给予这种援助；至于这一援助的规模和性质则是由苏古两国自己之间讨论解决的问题。当初美国在日本、联邦德国、伊朗、土耳其、意大利、挪威以及其他一些国家的领土上建立军事基地的时候，并没有征得苏联的同意，何况其中有的军事基地距苏联领土相当近；不仅如此，这些基地上还建有能够发射运载核弹头的导弹设施。当然，赫鲁晓夫确实多次说过，苏联不需要在外国领土上部署火箭基地，因为在苏联本土发射的洲际导弹能够打击美国领土的任何指定目标。但是军事专家们令人信服地指出，在未来核战争中，优势不是以小时而是以分秒来计算的。从苏联领土上启动的一枚苏制导弹到达美国需要20到25分钟，然而一枚比如说从土耳其发射的美国导弹打到苏联西部地区却只要5至6分钟。在离美国海岸不到150公里的古巴部署地对地导弹，将会弥补苏美两国之间的这种不平衡。
赫鲁晓夫及其军事顾问低估了美国的决心以及它阻止苏古合作的先发制人的能力。门罗主义即所谓“美洲是美洲人的美洲”，仍然在美国政坛和军界占据统治地位。当然，任何欧洲国家都不承认门罗主义是一条国际法原则，刚刚摆脱对美国的半殖民主义依附的古巴就更不会买这个帐了。但是，美国领导人却蓄谋已久要考验一下苏联，为此他们不惜玩火，甘冒战争的风险。
莫斯科对美国总统的外交策略和美国海军的演习未加理睬。整个9月份，苏联船队继续向古巴运送武器和装备。苏联驻华盛顿大使要求罗伯特·肯尼迪让美国政府放心，在古巴没有部署任何地对地导弹。9月12日，苏联塔斯社发表了如下公报：
苏联政府授权塔斯社声明，苏联没有必要在其他任何国家（例如古巴），布置防御性武器，即用来实施报复性打击的武器。我们核武器的杀伤力之强，我们用以运载弹头的火箭推力之大，足以使我们无需在苏联以外为它们寻找适宜地点。
与此同时，赫鲁晓夫向肯尼迪发去了一封亲笔信，重申了上述这种说法。但实际上，这些举措都是为了掩人耳目，就象赫鲁晓夫长时间离开莫斯科的用意一样。
到9月底、10月初的时候，恶劣的气候条件使美国U-2型侦察机无法维持对古巴的定期监视。而与此同时，建造发射台和安装导弹的工作却正在古巴全速进行。赫鲁晓夫和卡斯特罗指望这些工程可以赶在美国情报部门断定古巴眼下部署的“防御性武器”的性质之前完成。赫鲁晓夫在回忆录中说得相当坦率：“到那时候，我们已经部署了相当数量的导弹，足以摧毁纽约、芝加哥以及其他一些大城市，像华盛顿那样的小镇子就更不值一提了。”
直到10月16日美国才恢复了对古巴的监视。接着美国专家便得出结论，在古巴圣克里斯托瓦尔地区已经建起了一个火箭基地，但不是防空基地而是一个用来发射能携带核武器的地对地导弹基地。通过进一步的强化监视，在10月17日这天，新近组成的美国国家安全委员会执行小组的成员又辨认出几处新的发射台，每个发射台上已经安装上16或32枚导弹，专家们估计这些导弹的射程达到1600公里以上。肯尼迪的幕僚中没有人对这一威胁持有怀疑态度，大家一致认为必须采取行动。只有在对采用何种报复措施最为妥当的问题上，专家们意见不一，众说纷纭。肯尼迪总统和他的弟弟主张对古巴进行全面的海上封锁；而另一方，军方领导人则主张对所有发射台实施大规模空中轰炸；他们认为，尽管封锁可以扣押任何继续向古巴运送导弹的船只，但却无法阻止已经运抵岛上的导弹继续加以安装。在争论还在进行之时，美国部队和飞机正在离古巴尽可能近的地方严阵以待。最后，肯尼迪总统拍板定夺，决定采用封锁的办法。他认为，虽然中央情报局拍摄的照片已经为美国专家提供了足以令人信服的证据，但鉴于苏联一直鼓吹它在古巴没有布置任何进攻性导弹，因此如果美国军队对这个岛国上的军事目标发起突然打击，便会损害美国在世界其他国家心目中的道义权威地位。