На посту министра внутренних дел Берия провёл ряд мер по либерализации. 9 мая 1953 года была объявлена амнистия, освободившая 1,2 миллиона человек. Согласно секретному приказу Берия были отменены пытки при допросах, было велено строго следовать «социалистической законности». Ряд громких политических уголовных дел был прекращён или пересмотрен. Закрыто «дело врачей», арестованные по нему вышли на свободу; впервые было открыто объявлено, что против обвиняемых использовались «незаконные методы следствия». Были реабилитированы также все осуждённые по «ленинградскому делу» и «мингрельскому делу». Высокопоставленные военные, заключённые в тюрьму в ходе процессов конца 1940-х—начала 1950-х годов, были освобождены и восстановлены в звании (в том числе Главный маршал авиации А. А. Новиков, маршал артиллерии Н. Д. Яковлев и др.) Всего были закрыты следственные дела на 400 тысяч человек.

Ряд мер, предпринятых в эти месяцы по инициативе Берии, касался внутренней и внешней политики. Берия выступил за сокращение расходов на военные нужды, за замораживание дорогостоящих строек. Добился начала переговоров о перемирии в Корее, попытался восстановить отношения с Югославией. После начала антикоммунистического восстания в ГДР предлагал взять курс на объединение Западной и Восточной Германии в «миролюбивое, буржуазное государство». Проводя политику выдвижения национальных кадров, Берия разослал в республиканские ЦК документы, где говорилось о неправильной русификаторской политике и незаконных репрессиях.

Усиление Берии, претензии его на наследство Сталина и отсутствие у него союзников в высшем партийном руководстве привели к его падению. Членам Президиума ЦК было по инициативе Н. С. Хрущёва объявлено, что Берия планирует провести государственный переворот и арестовать Президиум на премьере оперы «Декабристы». 26 июня 1953 года во время заседания Президиума Берия по предварительному соглашению Хрущёва с Г. К. Жуковым был арестован , связан, вывезен из Кремля на автомобиле и содержался в заключении в бункере штаба Московского округа ПВО. Тем же днём датируется Указ Президиума Верховного Совета СССР о лишении Берии всех званий и наград. В июле 1953 года на Пленуме ЦК КПСС он был формально выведен из состава Президиума и ЦК и исключён из партии. Только тогда информация об аресте и смещении Берии появилась в советских газетах и вызвала большой общественный резонанс.

Относительно дальнейшей судьбы Берии существует несколько версий разной степени достоверности. Сын Берии в своей книге отстаивал версию, согласно которой его отец вообще не был арестован на заседании Президиума ЦК КПСС (таким образом, воспоминания Хрущёва, рассказы Жукова и других — тенденциозная ложь), а убит в результате специальной операции в своём особняке в центре Москвы. Существуют записки, подписанные именем Берии и адресованные различным членам Президиума ЦК, включая Маленкова, Хрущёва и Ворошилова: в них Берия отстаивает свою невиновность, признаёт свои внешнеполитические «ошибки» и жалуется на отсутствие нормального освещения и пенсне. Они датированы первыми числами июля 1953 г.; если признавать их подлинность, то Берия по крайней мере в это время был жив.

По официальной версии, подкрепляемой документами, Берия дожил до декабря 1953 г. и предстал, вместе с некоторыми своими бывшими сотрудниками из органов госбезопасности (В. Н. Меркуловым, Б. З. Кобуловым и др.), арестованными в течение того же года, перед Специальным судебным присутствием Верховного Суда СССР под председательством маршала И. С. Конева. Обвинён в большом числе деяний, не имевших отношения к реальной деятельности Берии: шпионаж в пользу Великобритании, стремление к «ликвидации Советского рабоче-крестьянского строя, реставрации капитализма и восстановлению господства буржуазии». Вопреки слухам, в изнасилованиях десятков или даже сотен женщин Берия не обвинялся; в его деле имеется лишь одно такое заявление от особы, которая была долголетней любовницей Берии, родила ему дочь и жила на его счёт в квартире в центре Москвы; заявление об изнасиловании она подала лишь, видимо, с целью избежать преследований после его ареста.

23 декабря 1953 г. дело Берии было рассмотрено Специальным судебным присутствием Верховного суда СССР под председательством маршала И. С. Конева. Все обвиняемые были приговорены к смертной казни и в тот же день расстреляны. Берию расстреляли за несколько часов до казни прочих осуждённых в бункере штаба Московского военного округа. По собственному почину первый выстрел сделал из личного оружия генерал-полковник (впоследствии Маршал Советского Союза) П. Ф. Батицкий. Краткое сообщение о суде над Берией и его сотрудниками появилось в советской печати.