На высоте около 50 км четыре двигателя отделялись от центральной ступени, которая продолжала полет, пока ее двигатель не отключался. Она выходила на баллистическую траекторию и затем возвращалась в земную атмосферу. (Американская МКБР «Атлас» работала по такому же принципу. Все три двигателя «Атласа» работали во время взлета, затем два из них сбрасывались, оставляя центральный выполнять активную фазу полета.) Команда Королёва использовала различные методы для управления Р-7. Они выбрали двигатели малой тяги с поворотными соплами вместо графитовых рулей, применявшихся на предыдущих ракетах. Когда Глушко отказался изготавливать двигатели с поворотными соплами, утверждая, что они не будут эффективными, сотрудники Королёва привлекли группу молодых инженеров, которые успешно справились с этой задачей.
Королёв также взялся за создание системы наведения Р-7, позволяющей попасть в цель на расстоянии 8000 км. Поскольку инерциальная система наведения, которая использовалась на ФАУ-2, не обеспечивала необходимой точности, Королёв предложил добавить радиоуправляемую систему, чтобы корректировать отклонения от траектории с помощью двигателей с поворотными соплами. В мае 1954 года Совет Министров СССР издал постановление, требующее окончательного завершения Р-7. Вскоре последовал приказ министра оборонной промышленности Устинова, который придавал разработке МКБР Р-7 статус «государственной важности».
После Постановления Совета Министров от 20 мая был создан новый испытательный полигон для Р-7. Помимо устаревшего оборудования, существующий полигон в Капустином Яре располагался в зоне действия американских радиолокационных станций в Турции. Комиссия на высшем уровне рассмотрела ряд альтернатив и выбрала место в Казахстане. В начале 1955 года Совет Министров СССР одобрил этот выбор.
Другим честолюбивым устремлением было овладение космосом. Идея орбитального искусственного спутника Земли одинаково захватила воображение и американцев и русских. Такой проект давал возможность достичь поворотной вехи: запуска искусственного объекта на орбиту вокруг Земли. И американские, и русские специалисты, изучавшие ФАУ-2, пришли к выводу, что эта ракета обладает бóльшими возможностями, чем просто оружие. После сдачи в плен несколько инженеров из Пеенемюнде проинформировали представителей технической команды ВМФ США о своей работе в области ракетостроения. Они с энтузиазмом говорили о возможностях искусственных спутников Земли и обитаемых космических станциях.
Руководство авиации сухопутных сил согласилось изучить эту концепцию и обратилось в корпорацию РЭНД с просьбой провести независимую экспертизу. Даже спустя шесть десятилетий майский доклад 1946 года «Предварительный проект экспериментального орбитального космического корабля» представляет собой интереснейший документ. Не предлагая никаких новых конструкторских решений, доклад содержал вывод, что в пределах пяти лет возможен успешный запуск спутника, со стоимостью проекта около 150 млн долларов. Как оказалось, доклад пророчески предсказывал, что спутник Земли, выведенный на орбиту ракетой, летящей со скоростью 27 000 км/ч, будет «одним из самых мощных научных инструментов XX века». Орбитальный спутник Земли «воспламенит воображение человечества и, вероятно, даст отклики… сравнимые с взрывом атомной бомбы». Доклад не обошел вниманием многие возможности применения спутников Земли как в военных, так и в гражданских целях. Среди приведенных примеров была оценка погодных условий на вражеской территории, оценка разрушений вражеских целей, систем связи, а также обеспечение значительно усовершенствованного наведения ракет в процессе полета к целям. Однако сумма в 150 млн долларов была колоссальной в послевоенную эпоху с ее резким сокращением военных расходов. Исследования корпорации РЭНД вместе с представителями авиации, сухопутных сил и военно-морского флота не смогли получить необходимую для дальнейшей работы поддержку.
В докладе отмечалось, что реакция Советского Союза на запуск американского спутника, если США первыми запустят его в космос, будет непредсказуемой. В нем цитировались советские публикации того времени, где утверждаюсь, что спутник является «инструментом шантажа» и что Соединенные Штаты используют «гитлеровские идеи и инженеров в своих ракетных исследованиях». Поэтому в докладе предлагалось, чтобы Соединенные Штаты уделяли большее внимание невоенным применениям спутников.