Omstuvningen meddelas i ett inlägg på Telegram från federationsrådet, rapporterar bland annat Tass.
Belousov väntas nu godkännas av ryska parlamentariker. Han är för närvarande biträdande premiärminister.
Att det blir Belousov som tar över den tunga ministerposten är förvånande, enligt Carolina Vendil Pallin, Rysslandskännare vid Totalförsvarets forskningsinstitut (FOI).
– I min värld är det någon som främst har jobbat med ekonomiska frågor. Men det är en duglig man som är förste vice premiärminister och när (Rysslands premiärminister) Michail Misjustin hade corona var det han som ledde regeringen, säger hon.
Sergej Sjojgu har suttit som försvarsminister sedan 2012. Han har varit en viktig aktör i Rysslands anfallskrig mot Ukraina, och samtidigt tagit emot mycket kritik mot krigets utveckling.
Biträdande minister gripen
Sjojgu får en ny position som generalsekreterare för det nationella säkerhetsrådet, en annan hög post i Ryssland som Nikolaj Patrusjev, en av president Putins närmaste män, petas från.
Det är svårt att bedöma vilken betydelse förändringen kommer att få, enligt Vendil Pallin.
– Det kan bara vara så att det är en ombildning av regeringen, att några ministrar byts ut och att Sjojgu får nya uppdrag. Man ska komma ihåg att alla de här männen är i 65-70-årsåldern, säger hon.
Förändringen kommer bara veckor efter att en av Rysslands många biträdande försvarsministrar, Timur Ivanov, greps misstänkt för mutbrott.
Enligt Vendil Pallin har ryska bedömare spekulerat i om gripandet var ett led i att försvaga Sjojgus ställning.
Lavrov blir kvar
Putin har i samma veva återigen utnämnt Sergej Lavrov som landets utrikesminister.
Vladimir Putin svors in som Rysslands president för femte gången tidigare i maj, efter vårens riggade val.
I valet i mars tilläts ingen oberoende opposition och de flesta av landets oberoende medier har drivits i landsflykt när Putin har tagit ett allt hårdare grepp om Ryssland vid sidan av invasionskriget i Ukraina.
Det har spekulerats i att Vladimir Putin skulle stuva om i den ryska regeringen i samband med sin nya mandatperiod.