После поражения в Крымской войне даже весьма расположенный к нему новый император Александр II счел за благо уволить Долгорукова с поста военного министра, правда, не забыв ему пожаловать в утешение чин генерала от кавалерии. Когда с уходом А.Ф. Орлова освободилась должность руководителя тайной полиции, Александр II 27 июня 1856 г. назначает своего старого знакомого главным начальником Третьего отделения и шефом жандармов. Как отмечал П.В. Долгоруков, новый глава политического сыска это назначение принял «не только не морщась, но еще с восторгом от мысли, что будет иметь к государю постоянный, беспрепятственный доступ и право вмешиваться во все дела и дела каждого». Он же дал ему такую исчерпывающую характеристику: «Бездарность полная и совершенная; эгоизм, бездушие в высшей степени; ненависть ко всему, что умно и просвещенно; боязнь... всего, что независимо и самостоятельно». А так как со своим начальником ушел в отставку и Л.В. Дубельт, то на его место в день коронации Александра II был назначен генерал-майор свиты А.Е. Тимашев, «дотоле известный лишь замечательным дарованием рисовать карикатуры». Понятно, что с такими «толковыми» руководителями дела у Третьего отделения пошли отнюдь не на улучшение.

Поскольку первостепенной для нового императора после Крымской войны стала проблема отмены крепостного права, то в отчете за 1857 г. Долгоруков рисует подробную картину настроений в народе в связи со слухами о скором освобождении крестьян. Глава Третьего отделения в интересах государственной безопасности считал необходимым для правительства заручиться поддержкой дворянства при обсуждении условий предстоящих реформ. Логично утверждая, что «монархическая власть основана на власти дворянской», Долгоруков советовал императору «до некоторой степени» сохранить власть помещиков над крестьянами, поскольку такая власть является «иерархическим продолжением власти самодержавной». Состоя с октября 1857 г. по 1859 г. членом Особого комитета для рассмотрения постановлений и предложений о крепостном состоянии (с февраля 1858 г. – Главный комитет по крестьянскому делу), Долгоруков и там яростно выступал против полного освобождения крестьян и наделения их землей.

«По наследству» от своего предшественника Долгорукову досталась и «проблема» Герцена, который в своих статьях из Лондона призывал производить «преобразования по всем частям вдруг, тогда как правительство может допускать их не иначе как тихо и постепенно». Борьба с агитатором-революционером протекала трудно. На территории империи «Колокол» конфисковывался, а его распространители и читатели арестовывались и отправлялись в ссылку. Но репрессивные меры не приносили желаемого результата. Видя это, Третье отделение старалось внедрить своих агентов в ближайшее лондонское окружение А.И. Герцена и с их помощью установить адреса основных корреспондентов газеты. Уже осенью 1857 г. Г. Михайловский, один из служащих лондонского издателя герценовской литературы, был разоблачен как сотрудник царского политического сыска. В конце 50-х гг. Третье отделение направляет в Лондон своих лучших специалистов – А.К. Гедерштерна, В.О. Мейера, М.С. Хотинского, Г.Г. Перетца и других, – однако и им не удается приблизиться к заветной цели. В июне 1859 г. с секретной миссией в Париж отправляется управляющий Третьим отделением А.Е. Тимашев и добивается от французских властей запрета на пятую книжку «Полярной звезды» и на отдельные номера «Колокола», конфискованные на таможне. Русские революционные эмигранты постепенно берутся «под колпак», и в отчете за 1862 г. руководитель Третьего отделения с нескрываемым удовлетворением докладывает, что с начала года было организовано «самое близкое секретное наблюдение как за политическими выходцами, так и за их посетителями... в Лондоне... и в Париже». Сеть надзора становится все более плотной, и на основании сообщения своего лондонского агента Г.Г. Перетца летом 1862 г. Третье отделение арестовывает на пароходе при возвращении в Петербург отставного коллежского секретаря П.А. Ветошникова. При обыске у него были найдены письма А.И. Герцена, Н.П. Огарева и М.А. Бакунина к различным лицам в России, а также списки и адреса некоторых корреспондентов «Колокола». Хотя последние были записаны тайнописью, жандармы сумели разобраться в несложном шифре и нанесли мощный удар по всему русскому революционно-демократическому лагерю. Однако революционную газету погубил не этот провал, а поддержка Герценом Польского восстания 1863–1864 гг., после чего русская читательская аудитория отхлынула от «Колокола»; его тираж сократился в несколько раз, и в 1867 г. пропагандисты были вынуждены прекратить издание.

Однако с тех пор, как в 1855 г. Александр II значительно ослабил цензуру печатных изданий, беспокойство государственной безопасности стала доставлять не только эмиграционная, но и отечественная пресса. Долгоруков не уставал бить по этому поводу тревогу. В «нравственно-политическом обозрении» за 1860 г. он отмечал, что взгляды и суждения, высказываемые на страницах русских газет и журналов, «слишком свободны и даже опасны». Подчеркивая, что «журналистика подстрекает свойственное и без того настоящей эпохе брожение умов», начальник Третьего отделения убеждал императора, что «необузданность печати... есть величайшая опасность для сохранения существующего порядка». Врагом номер один стал для Долгорукова ведущий идеолог революционно-демократического лагеря Н.Г. Чернышевский. Руководимый им журнал «Современник» насчитывал 6 тысяч подписчиков – колоссальная цифра для того времени. Говоря об исключительной популярности публициста, Б.Б. Глинский отмечал: «На него и в обществе, и в правительственных кругах смотрели как на властителя тогдашних революционных дум, как на тайную пружину, которая приводит все окружающее в определенное движение, чей дух чувствуется в каждом проявлении тогдашней общественной оппозиции». С осени 1861 г. за Чернышевским устанавливается постоянное наблюдение. Не ограничиваясь этим, Третье отделение периодически перлюстрировало его корреспонденцию. Видя в демократической публицистике серьезную угрозу безопасности империи, Долгоруков посоветовал Александру II организовать специальную комиссию, наподобие той, которая рассматривала дело декабристов, для пресечения изданий антиправительственного направления. 19 июня правительство за «дурное направление» закрыло радикальные журналы «Современник» и «Русское слово», а 7 июля 1862 г. жандармский полковник Ракеев арестовал Чернышевского, который сначала был доставлен в Третье отделение, а оттуда по распоряжению начальника штаба Отдельного корпуса жандармов А.Л. Потапова препровожден в Алексеевский равелин Петропавловской крепости. Непосредственным предлогом для ареста писателя стало перехваченное у упомянутого выше П.А. Ветошникова письмо А.И. Герцена, в котором тот предлагал одному из сотрудников Чернышевского издавать «Современник» за границей. Тем не менее ни письмо Герцена, ни результаты девятимесячной слежки за Чернышевским, ни его статьи, опубликованные в «Современнике», поскольку в свое время все они были пропущены цензурой, не давали юридических оснований для его ареста. Это было вынуждено признать и само руководство Третьего отделения. Начавшийся политический процесс спасло то обстоятельство, что через месяц после ареста Чернышевского был схвачен его молодой сотрудник В.Д. Костомаров. Последнего обвинили в том, что в своей типографии он пытался напечатать революционную прокламацию «Барским крестьянам от их доброжелателей поклон». Чернышевский был объявлен основным автором воззвания и обвинен в политическом преступлении; в мае 1863 г. его дело было передано в Сенат. Хотя обвинение так и осталось недоказанным, тем не менее Чернышевский был признан виновным «в сочинении возмутительного воззвания, передаче оного для тайного печатания с целью распространения и в принятии мер к ниспровержению существующего в России порядка управления». Суд приговорил его к 14 годам каторги (Александр II смягчил срок до 7 лет) и пожизненному поселению в Сибири.