В заключении под руководством А.Н. Туполева, также заключённого, Сергей Павлович Королёв принимал активное участие в создании бомбардировщиков Пе-2 и Ту-2 и одновременно инициативно разрабатывал проекты управляемой аэроторпеды и нового варианта ракетного перехватчика. Затем Королёв был переведен в ОКБ-16 при Казанском авиазаводе №16, занимаясь работами по использованию ракетных двигателей для усовершенствования авиации. В июле 1944 г. Королёва досрочно, по личному указанию Сталина, освободили из заключения со снятием судимости, после чего он ещё год проработал в Казани. С.П. Королёв стал одним из первых преподавателей на кафедре реактивных двигателей Казанского авиационного института, которая на тот момент являлась уникальной и единственной в своём роде среди всех советских вузов.
Вскоре после войны англичане продемонстрировали запуск Фау-2 (пуск осуществляли немецкие специалисты). По указанию руководства Королёв приехал на этот пуск под чужой фамилией в форме капитана-артиллериста Советской Армии. При этом его забыли снабдить фронтовыми наградами, что вызвало повышенный интерес английской разведки. В 1946 г. – полковник.
13 мая 1946 г. Сталин подписал постановление о создании в СССР ракетной отрасли науки и промышленности. В августе С.П. Королёв был назначен Главным конструктором баллистических ракет дальнего действия. «Тогда … никто из нас не предвидел, – вспоминает Б.Е. Черток, – что, работая с Королёвым, мы будем участниками запуска в космос первого в мире ИСЗ, а вскоре после этого – и первого человека».
В 1948 г. на полигоне Капустин Яр проводились испытания баллистической ракеты Р-1 (модифицированного аналога Фау-2) и в 1950 г. ракета была сдана на вооружение.
Распоряжением правительства СССР от 24.04.1950 было создано ОКБ-1 НИИ-88, его начальником и Главным конструктором назначен Королёв. Создание ракеты Р-5 с дальностью до 1200 км стало первым отрывом от техники Фау-2. 2 февраля 1956 г. произведён первый в мире пуск ракеты Р-5М с ядерным зарядом.
20 мая 1954 г. правительство СССР выдало постановление о разработке двухступенчатой межконтинентальной ракеты Р-7. А уже 27 мая Королёв направил докладную записку министру оборонной промышленности Д.Ф. Устинову о разработке ИСЗ и возможности его запуска с помощью Р-7. Теоретическим обоснованием для такого письма была серия научно-исследовательских работ «Исследования по вопросам создания искусственного спутника Земли», проведенных в 1950-53 гг. в НИИ-4 Министерства обороны под руководством выдающегося учёного и конструктора М.К. Тихонравова.
Следует отметить, что Тихонравов, на основании работ по созданию составных ракет, в начале лета 1948 г. выступил на заседании Учёного совета института в присутствии специалистов и учёных из других учреждений с докладом «Пути осуществления больших дальностей стрельбы». Сообщение Михаила Клавдиевича о том, что «пакет» из разрабатываемых в ОКБ-1 «тысячных ракет» способен достичь любых дальностей полёта, и даже вывести на орбиту искусственные спутники Земли (ИСЗ) взбудоражило зал, вызвало бурю отрицательных и даже язвительных откликов и выступлений.
Очень немногие специалисты, в их числе и Королёв, поняли принципиальную ценность доложенных Тихонравовым результатов и высказались с поддержкой его замыслов. Благодаря их заинтересованной помощи, доклад Тихонравова был повторён 14 июля 1948 г. на годичном заседании Академии артиллерийских наук, выслушан с огромным вниманием, однако отклик участников заседания в основном был подобен реакции большинства членов Учёного совета НИИ-4. Голосов в поддержку идей Тихонравова, воспринятых как неосуществимую фантастику, было очень немного. Всё же доклад Тихонравова, при деятельной поддержке Королёва и президента ААН Благонравова, был обнародован в журналах «Доклады Академии артиллерийских наук» и «Ракетная техника».
Но уже к 1953 г. у большинства руководителей вооружённых сил и военно-промышленного комплекса выработалось понимание огромного значения баллистических составных ракет и перспективности создания и применения ИСЗ, предложенных Тихонравовым.
Уже в 1954 г. Тихонравов с сотрудниками предложили свою программу освоения космического пространства, от запуска первого искусственного спутника, через создание пилотируемых кораблей и станций, к высадке на Луну.
Первый комплекс ракеты Р-7 был спроектирован и построен в ОКБ-1. В течение 1955-56 гг. на Ленинградском металлическом заводе проходили испытания стартовых сооружений комплекса. Одновременно, в соответствии с постановлением правительства от 12 февраля 1955 г., началось строительство Научно-исследовательского испытательного полигона НИИП-5 в Казахстане в районе станции Тюра-Там (ныне – космодром Байконур).