Отправка первой партии "Р-1" на полигон началась в августе 1948 года. Семнадцатого сентября была предпринята попытка запуска "Р-1", собранной на заводе НИИ-88. Сразу после старта ракета наклонилась и перешла в горизонтальный полет. Пролетев 10 км с работающими двигателями, она закрутилась в пике и упала на землю. Следующий запуск состоялся только 10 октября, и на этот раз аппарат выполнил задачу, пролетев 250 км. Потом снова пошла полоса неудач. Успешные испытания чередовались аварийными. Причины неполадок были самые разные, но в основном технологического характера: низкое качество изготовления агрегатов и систем ракеты, недостаточный объем проверок узлов и приборов, плохая отработанность систем. Для второго этапа было подготовлено 20 ракет, из них 10 пристрелочных и 10 зачетных. При испытаниях осенью 1949 года 17 аппаратов выполнили свою задачу. Потребовались дополнительные экспериментальные работы, чтобы обеспечить совершенно безаварийные пуски ракеты "Р-1". В ноябре 1950 года она была принята на вооружение Советской армии.
Еще в Германии Сергей Королев понял, что на основе "А-4 / V-2" можно сконструировать более совершенную ракету с дальностью до 600 км. Установив, что немецкий двигатель поддается форсированию по тяге, главный конструктор предложил пять вариантов нового летательного аппарата, один из которых был принят за основу. Предполагалось, что ракета, получившая обозначение "Р-2", будет аналогична "А-4", но с удлинением цилиндрической части на 1,9 м, которое даст увеличение емкости баков.
Несмотря на крайне сжатые сроки и высокую загруженность бюро, к концу 1946 года удалось подготовить полный комплект чертежей, пояснительную записку и даже изготовить три опытных образца "Р-2". В апреле 1947 года состоялась защита эскизного проекта. Серьезную озабоченность специалистов вызывал один вопрос: расчеты показывали, что удлиненная ракета будет просто разваливаться при возвращении в плотные слои атмосферы. Ссылаясь на работы основоположников по составным ракетам, Королев предложил сделать боеголовку отделяемой, чтобы она падала на цель самостоятельно. При этом он решил не дожидаться появления теоретических соображений на этот счет, а провести опытные отстрелы боеголовки на "Р-1" — так появилась ракета "Р-1А" ("аннушка").
В это время Королев пригласил к сотрудничеству академических ученых. Осенью 1947 года в Капустин Яр приехала группа физиков, подготовивших блоки с научной аппаратурой. Первые два запуска ракет с такими блоками прошли почти идеально. Узнав о проекте "Р-1А", физики обрадовались еще больше: теперь можно было точно измерить газовый состав и температуру верхних слоев атмосферы, не опасаясь помех, создаваемых продуктами горения топлива. Для научных исследований военные выделили восемь трофейных ракет "А-4", которые инженеры НИИ-88 полностью перебрали, установив механизм для отделения головной части. Седьмого мая 1949 года состоялся первый старт "аннушки"; отделившаяся головная часть упала в 210 км. Более или менее удачно провели еще три баллистических старта с отделением головной части. Затем последовали вертикальные запуски, при которых наконец-то была достигнута рекордная для советских ракетчиков высота 110 км.
Научные исследования на модифицированных ракетах "Р-1" проводились в течение семи лет. Правда, обозначались аппараты уже не "Р", а "В" (от "вертикаль"). Так, на основе "Р-1 А" были разработаны и летали "В-1А", "В-1Б", "В-1В", "В-1Д" и "В-1E", на основе "Р-2" — "В-2А", на основе "Р-5" — "В-5А".
Отделяемая головная часть давала возможность не только определить состав верхних слоев атмосферы, но и начать медико-биологические эксперименты по изучению влияния факторов ракетного полета на живые организмы. Двадцать восьмого августа 1950 года Сергей Королев утвердил техническое задание на разработку ракеты "В-1Б" и отделяемой герметичной кабины, в которой можно разместить подопытных животных. Но что это будут за животные? Как и следовало ожидать, между учеными возникли споры по этому поводу. Предлагали начать эксперименты с грызунов. Рассматривался вопрос об использовании обезьян — в США к тому времени на трофейных "А-4 / V-2" уже летали макаки-резусы. Однако у последних часто случались нервные срывы, поэтому ученые вынуждены были погружать обезьян в наркоз, что значительно снижало ценность результатов. После долгих дискуссий было решено: биологическим объектом для космических экспериментов станут собаки. Они хорошо поддаются тренировке и быстро привыкают к различным ограничениям.
Первый полет ракеты с собаками состоялся 22 июля 1951 года. В отделяемый отсек поместили псов Дезика и Цыгана, демонстрировавших спокойствие и хорошую выносливость. Запуск прошел успешно, ракета поднялась до высоты 101 км. Обе собаки нормально перенесли полет — никаких сдвигов в их физиологическом состоянии специалисты не обнаружили. Только Цыган немного пострадал: при ударе во время приземления погнулся край лотка и слегка повредил животному кожу на брюхе. Поэтому во время второго запуска 29 июля, который должен был зафиксировать успех и ответить на вопрос, остаются ли в организме следовые реакции на стресс, вместо него с Дезиком отправили Лису. Второй полет собак закончился их гибелью — парашют не раскрылся, кабина от удара разрушилась.