К сожалению, низкий технологический уровень не позволил советским инженерам добиться быстрых успехов. Главным достижением группы стали запуски небольших баллистических ракет: "ГИРД-09" конструкции Михаила Тихонравова (первый полет 17 августа 1933 года) и "ГИРД-Х" конструкции Фридриха Цандера (первый полет 25 ноября 1933 года). Было ясно, что небольшому коллективу энтузиастов не решить многочисленные проблемы, которые стоят перед ракетостроителями, и Сергей Королев активно добивался создания соответствующего института. Путь к институту виделся через объединение ГИРД с Газодинамической лабораторией (ГДЛ) в Ленинграде и приобретение производственной базы за счет Народного комиссариата тяжелой промышленности. В качестве первого важного проекта рассматривалось создание ракеты с радиусом действия от 100 до 1000 км "с несением не только боевой, но и живой нагрузки". Понятно, что Королев рассчитывал получить должность главы Реактивного института. В его активе был определенный опыт работ в новой области техники, и его ценили как руководителя, готового ответственно подходить к порученному делу. Однако когда приказом по Реввоенсовету № 0113 от 21 сентября 1933 года был организован Реактивный научно-исследовательский институт (РНИИ), его начальником стал кадровый офицер Иван Клейменов. Молодому авиаконструктору оставалось довольствоваться должностью заместителя. Впоследствии это спасло ему жизнь.
Реактивный институт занимался широчайшим кругом вопросов, связанным с применением ракетной техники в военном деле. В частности, Сергей Королев вел проекты крылатых ракет, обозначаемых индексами 06/I,06/II, 06/III (216) и 06/IV. Испытания этих аппаратов проводились на Нахабинском и Софринском полигонах; первое из них состоялось уже в начале 1934 года. Полеты ракет позволили накопить определенный опыт и усовершенствовать конструкцию. В 1936 году на основе незавершенного проекта "О6/IV" была разработана крылатая ракета "212". Внешне она напоминала небольшой самолет и предусматривала установку жидкостного двигателя ОРМ-65, созданного ленинградским конструктором Валентином Глушко.
И все же главной темой для Королева оставался стратосферный ракетоплан, проходивший в документах РНИИ под обозначением "РП-218" (или "Объект № 218" — индекс означает: отдел № 2, тема № 18). Предполагалось разработать экспериментальный пилотируемый аппарат для получения практического опыта. Машина мыслилась двухместной. Экипаж в полете должен был использовать скафандры. Расчеты показали возможность обеспечить высоту полета до 25 км и скорость до 300 м/с (то есть около звуковой). Взлет планировался с помощью буксировки тяжелым самолетом до высоты 8 км, на которой включался ракетный двигатель. При этом Сергей Королев рассматривал два варианта двигателей для установки на ракетоплан: жидкостный и твердотопливный.
Довести работу до испытаний авторам "РП-218" не дали: осенью 1938 года руководители РНИИ были арестованы как враги народа; в следующем году по обвинению во вредительстве в тюрьму отправились Сергей Королев и Валентин Глушко.
Несмотря на аресты и реорганизацию, институт продолжал функционировать. Тема ракетоплана, обозначение которого изменили на "РП-318-1", досталась авиаконструктору Алексею Щербакову: доведение двигательной установки поручили инженеру Арвиду Палло. Планер испытали в свободном полете в начале 1939 года; с февраля по октябрь двигатель прошел "прожиги" на стенде. Исторический полет ракетоплана "РП-318-1" состоялся 28 февраля 1940 года. Самолет-буксировщик "Р-5" несколько раз прорулил по полю, подготавливая взлетную дорожку в глубоком снегу. Летчик Владимир Федоров занял место в кабине пилота. На высоте 2800 м ракетоплан отцепился от буксировщика, включился ракетный двигатель.
В своем отчете Федоров писал: "Пуск РД прошел нормально. Все контрольные приборы работали хорошо. По включении РД был слышен ровный нерезкий шум. <…> Примерно за 5–6 с после включения РД скорость полета возросла с 80 до 140 км/ч. Я установил режим полета с набором высоты 120 км/ч и держал его все время работы РД. <…> После включения РД нарастание скорости происходило очень плавно. На всем протяжении работы РД никакого влияния на управляемость "РП-318" мною замечено не было. Планер вел себя нормально — вибраций не ощущалось. Нарастание скорости от работающего РД и использование ее для набора высоты у меня, как у летчика, оставило очень приятное ощущение".
Десятого и 19 марта 1940 года состоялись еще два успешных полета. Они убедительно доказали, что техника двигателестроения в Советском Союзе вышла на уровень, при котором производство ракетопланов могло стать будничным делом. Однако история распорядилась иначе.