РНИИ, как известно, курировал М. Н. Тухачевский, человек одаренный, умевший оценить перспективность новой технической идеи для обороны страны, поддерживавший разработки в области ракетной техники. 29 мая 1934 года Королев направил Тухачевскому письмо о положении дел в РНИИ. Обстоятельное и объективное. В декабре 1936 года на заседании Политбюро Сталин обронил коварную реплику: Тухачевский, мол, может спокойно работать, хотя на него есть компрометирующий материал. Немного позже в газетах появилось короткое сообщение о том, что органы государственной безопасности «вскрывали военно-фашистский заговор». Главным его участником назывался Маршал Советского Союза Михаил Николаевич Тухачевский.
После ареста Тухачевского Королеву припомнили то его письмо, которое он писал заместителю наркома. Новое руководство РНИИ приняло решение приостановить работы по ракетопланам «218-1» и «281». Однако осенью 1938 года возобновились разработки ракеты «212», ведущим стал инженер А. Н. Дедов. В декабре Костиков подписал приказ о допуске ракеты «212» к летным испытаниям. Из всех документов фамилия Королева была вытравлена. Его ракетный планер РП-318-1 передали инженеру А. Я. Щербакову, который имел опыт постройки высотных планёров и работал с Королевым до его ареста.
Впрочем, Королев ничего этого не знал. Как не знал он и того, что в конце января 1939 года на Софринском полигоне успешно прошли испытания крылатой ракеты дальнего действия, которую он создавал.
Дело инженера Королева было направлено в Верховный суд. Руководил процессом Председатель военной коллегии небезызвестный В. В. Ульрих. Он и вынес жестокий приговор: содержание в исправительно-трудовом лагере сроком десять лет.
После суда Королева отправили на Колыму, в район бухты Ногаево. Когда он прибыл к месту заключения, адрес уточнился: местечко на берегу реки Берелёх, притоке Колымы.
С арестом круг друзей и знакомых заметно поредел. Приговор окончательно определял принадлежность Королева к троцкистской организации, вынашивавшей контрреволюционные замыслы. И все-таки оставались те, кто верил в его чистоту и честность. Прославленные летчики страны Герои Советского Союза В. С. Гризодубова и М. М. Громов обратились к народному комиссару внутренних дел Л. П. Берия с просьбой разобраться в ложных обвинениях против Королева.
Прошел год. Состоявшийся в июне 1939 года пленум Верховного суда приговор отменил и вынес решение о проведении доследования. Особое совещание под председательством Л. П. Берия ушло от прямого обвинения Королева в участии в работе антисоветских организаций, но оставило в силе «факты вредительской деятельности».
13 июля 1940 года Королев написал письмо Берия, в котором излагал перспективы создания крылатых ракет и ракетных самолетов, их значение для обороны страны и некоторые предложения технического характера. В конце просил предоставить ему возможность лично доложить свои соображения и охарактеризовать положение дел в этой области. Берия не пожелал встретиться с «заключенным». В тот же день Королев отправил письма И. В. Сталину и Генеральному прокурору СССР Панкратьеву. Но ответа не получил.
В те страшные годы репрессии коснулись многих талантливых ученых, конструкторов, военачальников. Арестованы были начальник ВВС РККА Я. И. Алкснис, конструкторы самолетов А. Н. Туполев, В. М. Петляков, В. М. Мясищев, И. Г. Неман, Г. С. Френкель.
В письме к вождю Королев высказал тревогу за состояние дел в авиации. «Советские самолеты, — писал он, — должны иметь решающее превосходство над любым возможным противником по своим летно-тактическим качествам. Главнейшие из них — скорость, скороподъемность и высота полета. Сейчас в авиации повсеместно создается положение, при котором самолеты нападения почти не уступают по качеству самолетам-истребителям, а также и другим средствам обороны. Это дает возможность нападения воздушному противнику на большинство объектов внутри страны…»
Далее следовал вывод: «Выход только один — ракетные самолеты, идея которых была предложена К. Э. Циолковским… Целью и мечтою моей жизни было создание впервые для СССР столь мощного оружия, как ракетные самолеты. Повторяю: значение этих работ исключительно велико…»
И только в конце письма он с горечью отмечал: «В 1939 г. следователи Шестаков и Быков подвергли меня физическим репрессиям и издевательствам, добиваясь от меня «признаний». Военная коллегия, не разбирая сколь-либо серьезно моего дела, осудила меня на 10 лет тюрьмы, и я был отправлен на Колыму. В частности, на суде меня обвинили в разрушении ракетного самолета, чего никогда не было и который эксплуатируется и сейчас — в 1940 г. Но все мои заявления о невиновности и по существу обвинений оказались безрезультатными…»