5月27日，星期天，主席团成员在赫鲁晓夫的别墅开会，给赴古巴代表团准备指示精神。这一天天气格外的好，客人们围坐在一起喝茶、吃点心。从理论上讲，拉什多夫和比茹佐夫应该是去征求卡斯特罗对赫鲁晓夫想法的意见，但他们的实际任务却是通知多于请求。“拯救古巴的唯一办法就是将导弹部署到那儿。”赫鲁晓夫宣称。如果“识时务”，肯尼迪是不会“挑起一场核战争的”。虽然苏联的远程导弹已经瞄准了美国，“但如果将导弹部署在美国的附近，那将更具威慑力”。赫鲁晓夫说：“所以努力将这个利害关系向菲德尔解释清楚。”
代表团乘坐一架秘密航班前往古巴，成员使用的都是化名（比茹佐夫元帅的护照上注明他是“彼得罗夫工程师”）他们没有携带任何文件，并严肃警告不能与莫斯科进行任何形式的通讯联络，甚至密码电报也不行。卡斯特罗马上就明白了要发生什么大事。“八年来第一次，也是唯一的一次，”阿列克赛耶夫回忆说：“我看到古巴人做了书面记录。”卡斯特罗对苏联人提供的援助表示感谢，但是担心这会损害他在拉丁美洲的革命者形象，并恶化与美国本来就很紧张的关系。他怀疑是否需要这些导弹，因为他认为苏联已经有了数百枚能打到美国本土的导弹。但是如果更有经验的苏联人想“巩固整个社会主义阵营的防御力量”，古巴“没有权利根据狭隘的自利做出决策”。
与以前肯尼迪政府的敌人一样，多年后，卡斯特罗仍然对赫鲁晓夫的动机不是很清楚。“当然，尼基塔很热爱古巴，这是真的。他特别珍视古巴。你可以这么认为，他对古巴有一种偏爱，不管是情感上的，还是其他方面的。”但是他也“能在提到一件事情时，嘴上说的是一套，心里想的又是另一套”。即使卡斯特罗1963年在苏联呆了几个星期，他“也从来没有能摸清楚赫鲁晓夫的底数”。在见到每个主席团成员时，他都会问：“‘这个决定是怎么做出的？你们进行过什么样的讨论？’我没有得到一点蛛丝马迹的真正回答。他们通常对我的问题根本不予答复。当然，你不可能鲁莽地说：‘嗨，回答我的问题。’”
在卡斯特罗感到百思不得其解时，比茹佐夫开始在古巴岛上到处转悠，考察可以使导弹躲过美国中央情报局无处不在的侦察的地方。他是个“敢做敢干”的军人，因此尽管导弹部署是最难进行隐蔽伪装的，然而他得出的结论自然还是“没有问题”的，特别是因为可以将导弹伪装成棕榈树，用一些棕榈树叶将导弹弹头盖起来。比茹佐夫“不是很明智”，米高扬回忆说：“我亲眼见过那些棕榈树，将导弹隐藏于这些棕榈树下是不可能的。”
回到莫斯科后，代表团马上于6月10日向政治领导层汇报了情况。拉什多夫关于卡斯特罗反应的报告以及比茹佐夫关于军事上可行性的报告都是积极的。至此，格里比科夫5月24日拟制的计划就更加全面完整了。在马利诺夫斯基宣读了国防部关于该计划的总结备忘录后，主席团一致投票通过了他们三周前已经做出的决定。
这个决定是这么做出的：赫鲁晓夫带头，他的同事们顺从地照办。[7]如果特罗亚诺夫斯基敢大胆地说出他的保留意见的话，那也是因为赫鲁晓夫“实际上从来没有对他的这位亲密的下属提高过嗓门”，而是“宁愿将他的怒气发泄到其他人身上”。特罗亚诺夫斯基直到5月底才得知这一消息，当时同为赫鲁晓夫助手的弗拉基米尔·列别德夫告诉他：“奥列加·亚历山大罗维奇，你最好坐下来。我告诉你一个令人震惊的消息。他们正在讨论在古巴部署导弹的问题。”特罗亚诺夫斯基真的“吓得目瞪口呆”。对于积极主张与美国改善关系的特罗亚诺夫斯基来说，这个行动无异于“一场噩梦”。精心选择了一个合适的时机，特罗亚诺夫斯基向他的主人表达了他的保留意见。表面上，赫鲁晓夫真的认真倾听了他的意见，然后回答说他的做法并不过分，因为美国已经把核武器部署到了苏联的边境外。但是“这完全没有考虑美国人的情绪以及他们可能的反应”，根据特罗亚诺夫斯基的说法，赫鲁晓夫补充说道：“考虑到这一行动的规模巨大，投入这么多人，如何才能保证行动的隐蔽性，这也是我不能预料的，尽管行动的成败完全取决于它的突然性。”
谢尔盖·赫鲁晓夫也是在差不多此时才得知这一行动计划的，一个阳光明媚的春天，当他们从别墅到莫斯科河散步时，他的父亲告诉了他这一消息。谢尔盖对此表示了吃惊与疑虑，实际上，他认为父亲告诉他此事，正是因为他想听到一些反对的意见，他的同事中除了米高扬外，没有人敢向他说出内心真实的想法。但是，儿子毕竟不能替代内阁、委员会或是主席团成员，也不能替代他的那些充分了解情况的顾问，他们应该能做出评估，并且有足够的勇气向权威说出事实。
错误的决策程序产生了这样一个决定，接下来的是同样错误的实施程序。赫鲁晓夫的想法是派遣一支小型的远征部队，这支部队要足够大，能遏制美国对导弹部署的攻击，同时又要足够小，在运输与部署过程中不致被美国人发觉。然而，军方组建的军队规模则要大得多，无法不引起美国的注意。这支部队的核心是导弹：带有24个发射架的36枚中程导弹（射程为1200海里），加上带有16个发射架的24枚中远程导弹（射程为2200海里）。中程弹道导弹的核弹头当量为20万至70万吨（相当于美国在广岛投放的原子弹的10-35倍），而中远程弹道导弹的核弹头当量则为20万至80万吨。五个导弹团每个都有自身的机动技术保障基地，包括从地下贮藏井中运输核弹头的有篷卡车。
其他的部队都是负责导弹的保卫工作的：三个防空导弹团，每个团都有四个发射单元，总共可以发射144枚导弹；两个巡航导弹团，总共有80枚导弹，导弹射程为90英里，并配备有5000-12000吨的原子弹头；一个拥有33架直升机的飞行团；一个由11架伊尔-28飞机组成的中队，配备有常规武器。此外还有六架飞机可以挂载核炸弹；一个装备有11架飞机的运输与通讯中队；四个摩托化步枪团，每个团有2500人、34辆坦克以及其他武器和装备；一个由潜艇、巡洋舰和驱逐舰组成的海军中队以及一个导弹巡逻艇旅。
马利诺夫斯基于7月4日批准了这一计划，三天后赫鲁晓夫签字同意。根据这一计划，需要向古巴运送50874人，其中包括野战医院、面包房、机械车间以及其他保障单位的人员。此外还有三个月的食品与燃料。9月，部队数量减到了45234人，其中还有3332人在危机期间从海上就返回了苏联国内。余下的总共为41902人，但是10月26日美国情报机构估计的人数最多为10000名军人。
在所有这些力量中，能打到美国心脏地带的导弹是最具挑衅性的。但是由于担心引发全面核战争，这些导弹是不大可能发射的，因此最危险的武器实际上是近程核武器系统，这既有原本就计划部署的，还有9月份运送过去的战术核武器，其中包括“月神”导弹，这种导弹能投放12颗当量为2000吨的核弹头，射程为25英里，能对入侵的美军实施打击。赫鲁晓夫起初的指示是这些武器可以在不用征得莫斯科同意的情况下进行发射。这一授权是口头传达的，并没有书面的文件，10月22日这一授权被废除，但是如果战争真的打起来，谁能知道是否发射了这些导弹？赫鲁晓夫对部署于古巴的导弹并没有实际上的控制权。如果发生美国入侵的情况，格里比科夫将军多年后自问道：“美国攻击者是否会发现并压制‘月神’与巡航导弹核弹头贮存的地下井？或者不管是否得到上级的命令，苏联的防御者能否发射哪怕是一枚‘月神’核弹头——其当量为广岛原子弹的十分之一——或是一枚威力更为强大的巡航导弹？如果这样的一枚导弹能击中美国的军队或是舰船，如果数以千计的美军士兵在这场原子弹爆炸中丧生，那么这会是古巴导弹危机的最后一击，还是全球核战争的第一枪？”
这种最危险的远征需要一位很特别的指挥官。赫鲁晓夫和马利诺夫斯基否决了总参谋部的第一选择，战略火箭军的帕维尔·B.丹科维奇中将，他们倾向于二战时的老同志，伊萨·普列耶夫将军，他刚刚镇压了新切尔卡斯克的示威抗议。年事已高的普列耶夫参加过俄国内战，在抵抗纳粹的战斗中指挥过一个师保卫莫斯科，在斯大林格勒呆过，后来率领过在匈牙利的进攻部队，并在满洲里打击过日本军国主义军队。北高加索军分区的同事们对他的评价是“冷静、坚定、诚恳、有思想，但不能冒太大的风险”。赫鲁晓夫喜欢并信任他，普列耶夫还有一个优势：他让赫鲁晓夫想起了伟大的卫国战争。当时赫鲁晓夫只是贯彻斯大林的意志，现在轮到他设想了一次大胆的行动，监督其计划，指导部署实施，就像斯大林在二战期间所做的那样。头发斑白的普列耶夫或许还让赫鲁晓夫想起了托尔斯泰的小说《战争与和平》中所描绘的反对拿破仑的战争英雄，库图佐夫将军。但是这位老人从一开始就显得靠不住（他拒绝使用为他准备的化名“伊万·亚历山大罗维奇·帕夫洛夫”），他很快与助手们发生了争执，在危机期间，他在外交才能方面的缺陷使得“卡斯特罗与普列耶夫之间变化无常的关系加剧了卡斯特罗与赫鲁晓夫之间的误解”。
如果说这支部队的组建及其指挥官的选择是一种不好的预示，那么将这支部队派往古巴的计划也同样如此。“阿纳德尔”行动得名于位于苏联东北部汇入白令海的阿纳德尔河，这一行动表面上是在北极圈附近部署军队与装备。这就是为什么很多部队都配备有滑雪橇、呢绒靴以及毛领的皮大衣，而不是短裤与衬衣。夏季服装的短缺并没有给行动带来致命的安全问题，但所携带的冬装也没有给他们多少帮助。
性能优良的“玛丽娅·乌里扬诺娃号”舰船（根据列宁姐姐的名字命名）于7月中旬起航前往古巴的卡瓦尼亚斯港，这是苏联向古巴运送人员物资的第一艘舰船，在其后的三个月里，有85艘运兵船和货船进行了大约150次航行。苏联军队将人员与装备集结到了六个港口，从南部克里米亚的塞瓦斯托波尔到摩尔曼斯克附近的北莫尔斯克，在向特别装载区集结的过程中需要严格保密，集结行动都是在夜晚进行的，由特别武装卫兵进行警戒，没有向部署人员宣布最终的目的地，而且禁止任何的邮件与电报联络。在出发地点，部队直到启程前都在严密的警戒下呆在军营里，所有的人在回国前都被注销了党员、共青团员与军人身份。舰上水兵被禁止上岸休假或是进行通讯联系。
上船后，部队就变成了木匠（在低矮的甲板下建造双层床，用木架将导弹覆盖起来，伪装成舰船上层建筑的一部分）和搬运工（将坦克、防空火炮、拆卸后的飞机以及长达67英尺的导弹装进特大型的货物箱里）。所有可能被识别出来的军事装备都贮存在甲板以下，导弹与发射架外面包裹着金属板，以防止红外照相；汽车、卡车、拖拉机以及其他的农业机械被摆放在甲板上。
为了看起来像一支“农业顾问团”，苏联军人都穿上了平民服装，格子花呢衬衫使他们与古巴人有着明显的区别，就像他们穿着正规的苏联军装一样。尽管如此，当舰船驶近巴哈马海域时，美国人从这里开始了海空监视，他们只有在夜间才可以到甲板上去，而且每组不能超过五六个人（虽然白天甲板下面的温度达到了差不多华氏90度）。此时，士兵们至少大体上已经知道了他们的目的地，目的地的命令文件被放在一个大信封里的小信封里，两层信封都被密封起来，外面还用一条棕色的带子系着，在大西洋中一个指定的地点，在克格勃军官的监督下，最高指挥官和舰长才打开了信封。在航行过程中，士兵们汗流浃背，每天的食物通常是在夜间发放，在一些舰船上，使用厕所必须在事先规定的时间内，对于深受冬天严寒困扰的俄罗斯人来说，去位于热带的古巴本来是一种梦想，但是这个18-20天的行程却变成了一场噩梦。
舰船抵达后，士兵们也没有感受到有什么好玩的地方，“玛丽娅·乌里扬诺娃号”于7月26日到达，在其后的四天里，有九艘舰船陆续到达。由于莫斯科方面忘记了向舰船和当地欢迎人员提供相互识别的口令，一些舰长和指挥官拒绝按照对方的要求变更航线。军事装备必须在夜间卸装，这些装备被隐藏在棚子里，从11个港口沿小路被运到古巴各地的基地（85英尺长的导弹搬运箱在途中不能拐弯，除非推倒沿途的农舍）。在这种强行军中，所有的指令都用西班牙语发出，同时仍然穿着平民服装的精疲力竭的士兵必须保持完全的无线电静默，以躲过美国的电子监听装置。前线与驻哈瓦那苏联总部之间的所有通讯都是通过口头传递的，传令兵在前后方之间来回穿梭。
