Вечером 15 мая 1957 года состоялся первый запуск межконтинентальной ракеты. Управляемый полет продолжался до 98-й секунды, но затем в боковом блоке "Д" начался пожар, и "изделие" врезалось в землю, пролетев всего 300 км. Второй запуск "Р-7", назначенный на 10 июня, не состоялся из-за проблем с зажиганием — ракету пришлось снимать со старта. Третья модель взлетела через месяц, 12 июля. И этот запуск закончился аварией — блоки упали в 7 км от старта и с грохотом взорвались. Три неудачи подряд поставили всю программу под угрозу срыва. У бюро Сергея Королева появились конкуренты, предлагавшие свои проекты межконтинентальных ракет. На полигоне состоялось весьма острое заседание Государственной комиссии. Представлявший заказчика маршал Митрофан Неделин предложил прекратить испытания, отправить все доставленные на полигон ракеты обратно в Москву и еще раз на стендах отработать каждую.
Несмотря на споры конструкторов и угрозы заказчика, к запуску начали готовить новую "Р-7". Двадцать первого августа 1957 года в середине дня состоялся старт четвертой по счету ракеты. На этот раз конструкторам сопутствовал успех — "Р-7" штатно отработала активный участок траектории. Головная часть отделилась вовремя и достигла полигона на Камчатке. Но тут же выявилась новая проблема — на высоте порядка 10 км макет боеголовки разрушился от перегрева. То же самое произошло со следующей "Р-7", запущенной 7 сентября: ракета доставила боеголовку, но та развалилась в плотных слоях атмосферы. Конструкторам стало ясно, что уносимой теплозащиты, которая была опробована на ракете "Р-5М", явно недостаточно — надо проконсультироваться с аэродинамиками и поменять форму головной части.
Примечательно, что 27 августа, менее чем через неделю после первого удачного запуска "Р-7", информационное агентство ТАСС опубликовало официальное сообщение о состоявшихся испытаниях межконтинентальной баллистической ракеты. Это был беспрецедентный случай — до сих пор информация подобного рода засекречивалась. Считается, что таким образом Никита Хрущев намекнул американцам: теперь силы уравнялись, и если западный альянс пошлет на Советский Союз армады бомбардировщиков с атомными зарядами на борту, то в ответ получит термоядерный удар по северной части США. Что касается остальной работы, то ее продолжали скрывать за плотной завесой государственной тайны. Полигонным военнослужащим и гражданским специалистам было категорически запрещено упоминать в личной переписке станцию Тюратам, писать о казахской пустыне и даже о местной живности: верблюдах, сайгаках, скорпионах, змеях, черепахах. Обратный адрес тоже не мог выдать расположение полигона: в 1955 году использовался код "Москва-400", в конце 1956 года ввели новый — "Кзыл-Орда-50", позднее — "Ташкент-90".
Однако меры по сохранению ракетных тайн оказались не слишком эффективными. Когда на НИИП-5 начались запуски "Р-7", американская разведка почти сразу установила его точные координаты. Пятого августа 1957 года, выполняя задание под кодовым обозначением "4035", на поиски полигона вылетел самолет-разведчик "U-2" ("У-2"), базирующийся в Пакистане. Аналитики разумно предположили, что полигон снабжается всем необходимым по железной дороге, поэтому часть маршрута разведчика пролегала над магистралью Москва-Ташкент. Специалисты из лаборатории аэрофотосъемки проявили полученные пленки и тщательно их изучили. Наконец на одной из фотографий они увидели странные постройки, находящиеся севернее железной дороги. Разведчик прошел не над ним, а на значительном удалении, поэтому снимки получились смазанными. Но местонахождение стартовой площадки уже было определено, оставалось привязать ее к географической карте. Аналитики воспользовались картами, изготовленными в 1939 году немецким Генштабом. И пришли к выводу, что полигон построен поблизости от станции Тюратам.
Второй полет "U-2" в рамках нового задания 4058 состоялся 28 августа — сразу после победного сообщения ТАСС. Разведчик доставил великолепные вертикальные снимки стартового комплекса. В течение пяти дней аналитики обрабатывали их, после чего изготовили миниатюрный макет, на котором были отражены все детали секретного сооружения. Вывод был однозначен — единственный комплекс с экспериментальной ракетой не представляет серьезной угрозы Соединенным Штатам Америки. Аналитики ошиблись. Через месяц произошло событие, которое по своему значению сравнимо с японской бомбардировкой Перл-Харбора. На орбиту вышел первый искусственный спутник Земли.