После войны возглавлял отдел «Ф». По указанию своего руководства принимал активное участие в организации и осуществлении ряда тайных убийств, в том числе епископа Теодора (Ромжи), Александра Шумского.
С 1950 года — начальник Бюро № 1 МГБ СССР по диверсионной работе за границей. После смерти Сталина Судоплатов был назначен заместителем начальника ПГУ (разведка за границей) МВД, с мая 1953 года — начальник нового, 9-го (разведывательно-диверсионного) отдела МВД СССР.
После ареста Берии отдел был расформирован, а 21 августа 1953 года генерал-лейтенант Судоплатов был арестован как «пособник Берии» по обвинению в заговоре. Зоя Воскресенская, вступившись за него, вопреки распространённому мнению не была арестована, но её «сослали» в Воркуту в качестве начальника спецчасти лагеря. Симулировал помешательство и до 1958 года находился в Ленинградской специальной психиатрической больнице.
12 сентября 1958 года он был приговорён Военной коллегией Верховного суда СССР по «контрреволюционной» статье 58-1 пункт «б» к 15 годам заключения «за активное пособничество изменнику Родины Берия в подготовке государственного переворота, производство опытов над людьми, похищения и многочисленные убийства». Виновным себя не признал. Отбывал наказание во Владимирской тюрьме, где перенёс три инфаркта, ослеп на один глаз, получил инвалидность 2-й группы.
Умер Павел Анатольевич Судоплатов 24 сентября 1996 года в Москве на 90-м году жизни.