В 1954 г. ЦК КПСС принял решение о расширении посевных площадей в стране за счет освоения целинных земель в северных районах Казахстана, в Сибири, на Урале и Северном Кавказе. Это были зоны рискованного земледелия с очень уязвимыми к эрозии почвами и недостаточной увлажненностью. Их распашка означала отказ от интенсивных методов агротехники, консервирование отсталых способов хозяйствования. Уже к августу 1954 г. в Казахстане было распахано 6,5 млн. га. К началу 1955 г. площадь обрабатываемых земель выросла на 8,5 млн. га, было создано 90 новых совхозов. С осени 1954 г. началось создание еще 250 совхозов. Всего в годы освоения целины (1954-1960гг.) было распахано 25,5 млн. га. Для обеспечения новых земель рабочей силой была проведена мобилизация добровольцев из западных районов страны, которым давались значительные льготы - бесплатный проезд с имуществом, денежные пособия до 1 тыс. руб., кредит на постройку до 20 тыс. руб на 10 лет, до 2 тыс. руб. на приобретение скота, освобождение от сельхозналога от 2 до 5 лет. Всего на освоение целины в 1954-59 гг. было выделено более 20 млрд. руб.
Первые годы освоения целины, кроме засушливого 1954 г., были достаточно благоприятными. В 1956 г. в стране был собран рекордный урожай в 125 млн. тонн зерновых, из которых 50% было получено на целинных землях. Однако нарушение экологического равновесия и ветровая эрозия уже в конце 50-х годов стали превращаться в серьезную проблему. К I960 г. в Северном Казахстане из-за нерационального освоения целинных земель из хозяйственного оборота было выведено более 9 млн. га. почв. С начала 60-х годов начались периодические засухи, приведшие к катастрофе 1963 г., когда впервые страна была вынуждена для обеспечения продовольствием закупить за границей 12 млн. т зерна на 1 млрд. долларов. Эффективность целинных почв ежегодно падала и если в 1954-58 гг. средняя урожайность была 7,3 ц/га, то в 1961-65 гг. -6,1 ц/га.
Начало 50-х годов завершило процесс отчуждения производителей от земли и средств производства. В 1961-65 гг. в Казахстане было проведено преобразование 1 022 колхозов в 619 совхозов. Если колхоз был формально кооперативом с коллективной собственностью, то совхоз - государственное предприятие, т.е. без каких-либо компенсаций кооперативная собственность была превращена в государственную. Тяжелые социально-экономические условия на селе привели к увеличению в 60-х годах миграции сельского населения в города. Даже перевод ряда хозяйств в 1967 г. на хозяйственный расчет не привел к коренному перелому. Усиление текучести привело к регулярному использованию в сельском хозяйстве труда армии и горожан, а также приглашением рабочей силы из других республик. Так, во время уборочных работ в 1968 г. в Казахстан было направлено 16 тыс. комбайнеров и несколько тысяч военнослужащих. Традиционным стало применение труда учащихся и студентов (т.н. сельхозработы).
Начало 70-х гг. ознаменовалось попытками интенсифицировать сельское хозяйство на основе комплексной механизации, химизации и мелиорации земель. Планировалось перевести животноводство на промышленную основу. В 1977 г. началась поддержка частного сектора в сельском хозяйстве, были сняты ограничения на поголовье домашнего скота, увеличена площадь приусадебного участка. В начале 80-х годов продолжающаяся стагнация в сельском хозяйстве заставила власти пойти на еще более радикальные реформы. Были образованы агропромышленные комплексы с включением сельскохозяйственных, научно-исследовательских и промышленных предприятий, введен бригадный подряд, однако эти меры не дали желаемого результата. Те тенденции, которые были заложены в сельском хозяйстве еше в 50-е годы продолжали нарастать. Валовый сбор зерна и поголовье скота росли медленно, остро чувствовался недостаток рабочей силы, с конца 70-х годов вновь остро встала проблема обеспечения населения мясными и молочными продуктами. Ежегодно СССР вынужден был закупать за границей около 40 млн. тонн зерна.