Когда первая ракета Р-7 в заводском цехе Ленинградского металлического завода уже была в сборе, завод посетили члены политбюро во главе с Н.С. Хрущёвым. Ракета оказала потрясающее впечатление как на советское руководство, так и на учёных. Академик А.Д. Сахаров, выдающийся физик-ядерщик и, впоследствии, антисоветчик, вспоминал: «Мы (ядерщики) считали, что у нас большие масштабы, но там увидели нечто, на порядок большее. Поразила огромная, видимая невооружённым глазом, техническая культура, согласованная работа сотен людей высокой квалификации и их почти будничное, но очень деловое отношение к тем фантастическим вещам, с которыми они имели дело…».
В 1956 г. Тихонравов перешёл работать из НИИ-4 к Королёву в ОКБ-1, создав там знаменитый отдел №9 – отдел проектирования различных искусственных спутников Земли, пилотируемых кораблей, космических аппаратов для исследования Луны и некоторых планет Солнечной системы.
Вначале планировалось создать и вывести на орбиту спутник массой 1000-1400 кг («Объект Д») с научной аппаратурой. В январе 1957 г. Королёв направил докладную записку в Совмин, где писал, что в апреле-июне 1957 г. могут быть подготовлены две ракеты Р-7 в спутниковом варианте, «и запущены сразу же после первых удачных пусков межконтинентальной ракеты». Убедившись в нереальности сроков изготовления орбитальной лаборатории, Королёв шлёт правительству неожиданное предложение: «Имеются сообщения о том, что в связи с Международным геофизическим годом США намерены в 1958 году запустить ИСЗ. Мы рискуем потерять приоритет. Предлагаю вместо сложной лаборатории – объекта «Д», вывести в космос простейший спутник». 15 февраля это предложение было одобрено.
После нескольких неудачных запусков ракеты Р-7, 21 августа 1957 г. осуществился успешный запуск. И 27 августа ТАСС сообщило о создании в СССР межконтинентальной баллистической ракеты. 7 сентября осуществлён второй полностью успешный полёт ракеты.
Проектирование ПС-1 («Простейший спутник»-1) началось в ноябре 1956 г., и в начале сентября 1957 г. он прошёл окончательные испытания.
26 сентября Президиум ЦК КПСС постановил запуск спутника произвести в середине октября.
2 октября Королёвым был подписан приказ о лётных испытаниях ПС-1 и направлено в Москву уведомление о готовности.
4 октября 1957 г. в 22:28:34 по московскому времени был совершён успешный запуск. Через 295 секунд после старта ПС-1 и центральный блок ракеты (II ступень) весом 7,5 т были выведены на эллиптическую орбиту высотой в апогее 947 км, в перигее 288 км. Через 314,5 сек. после старта произошли сброс защитного конуса и отделение спутника от II ступени ракеты-носителя, и он подал свой голос «Бип! Бип!» – так звучали его позывные. На полигоне их ловили 2 минуты, потом спутник ушёл за горизонт. Люди на космодроме выбежали на улицу, кричали «Ура!», качали конструкторов и военных. И ещё на первом витке прозвучало сообщение ТАСС: «В результате большой напряжённой работы научно-исследовательских институтов и конструкторских бюро создан первый в мире искусственный спутник Земли».
Президент Академии наук СССР А.Н. Несмеянов в своём выступлении в Колонном зале Дома Союзов в честь запуска первого искусственного спутника Земли, сказал: «Для нас, учёных страны социализма, запуск спутника – двойной праздник: это праздник рождения новой эры в завоевании человечеством природы – космической эры существования человечества – и это праздник мужественной зрелости советской науки».
Спутник летал 92 дня, до 4 января 1958 г., совершив 1440 оборотов вокруг Земли (около 60 млн. км). Из-за трения о верхние слои атмосферы спутник потерял скорость, вошёл в плотные слои атмосферы и сгорел вследствие трения о воздух.
«Он был мал, этот самый первый искусственный спутник нашей старой планеты, но его звонкие позывные разнеслись по всем материкам и среди всех народов как воплощение дерзновенной мечты человечества», – сказал позже С.П. Королёв.
Запуск спутника имел большое политическое значение. Его полёт увидел весь мир, излучаемый им сигнал мог услышать любой радиолюбитель в любой точке земного шара. Журнал «Радио» заблаговременно опубликовал подробные рекомендации по приёму сигналов из космоса. Это шло вразрез с представлениями о сильной технической отсталости Советского Союза. Запуск первого ИСЗ нанёс по престижу США сильный удар. «Юнайтед пресс» писала: «»90 процентов разговоров об искусственных спутниках Земли приходилось на долю США. Как оказалось, 100 процентов дела пришлось на Россию». В американской прессе «Спутник-1» часто упоминается как «Red Moon» (Красная луна).