第二次世界大战尚未结束，其实冷战的序幕已经拉开，在雅尔塔会议上苏联和美国实际上已经在为战后世界划分势力范围。
苏联在二战时已经获得了一些德国研制导弹的情报，苏联情报人员把德国的飞弹试验情况传递回了国内，苏联于是又将科罗廖夫调到另外一家专门研究火箭的工厂，专门研究火箭技术。由于已经是战争期间，因此研究的主要重点是放在前线急需的各种火箭研制上，如高空喷气歼击机的火箭发动机、重型轰炸机的火箭起飞加速器等。
二战结束后，苏联从德国领土上缴获大量V-2飞弹的设备，同时由于苏联和美国的冷战已经明显公开化，苏联和美国的竞争已经相当激烈，而美国拥有强大的实力，他的本土也没有任何战争创伤，苏联面临美国巨大的压力，因此苏联急切需要与美国取得平衡。而导弹工业不仅已经成为军事新水平的标志，并且也密切关系到未来的太空竞争，苏联必须要在这一领域保持足够的平衡能力才行。所以二战结束，很快，在1946年8月，科罗廖夫被任命为具有战略意义的弹道导弹总设计师。
1946年春天，美国成功发射了从德国运回的V-2导弹，标志着美国已经基本掌握德国的导弹技术，因此美国已经率先取得一个高起点。斯大林 下令发起导弹大跃进运动，从1946年5月13日起，要求在导弹研制方面全面超过德国，追上美国。
战后，美国还有一个巨大的优势，那就是此时美国是唯一掌握原子弹技术的国家。在日本投下的两颗原子弹显示出了巨大威力，这成了美国手中的一把利器，因此美国在对苏联冷战的时候就搞起了核讹诈，美国已经开始研究对苏联战略目标进行核打击的可能性。1945年11月，美国国防部联合情报委员会开始进行一项名为《美国空中攻击的俄罗斯战略要害》的秘密研究，分析对苏联实施先发制人核打击的可能性，结果预测苏联方面的损失将高达1300万人。
美国的核武器垄断地位给苏联带来了前所未有的压力，这种压力可以说不亚于二战前德国对苏联的威胁。斯大林在得到美国进行核攻击苏联的研究后，立即召开了会议，分析苏联所面临的军事、政治情况，判断如果美国进行核攻击的后果。会议的最后结果得出了一个结论，那就是如果要想消除美国的核威胁，那最好的办法就是也要掌握原子弹制造技术，因此，斯大林下定决心，要尽快研制核武器，同时，也要进行导弹研制。
在战前，在图哈切夫斯基的支持下，苏联在30年代也曾进行火箭研究，1933年成立了火箭研究所，并且成功研制出了陆军和空军使用的火箭弹。在二战中，苏联红军的飞机研制也大步前进，在1938年-1939年，苏联的歼击机、强击机和轰炸机都装备了能对空中和地面目标进行攻击的RS-82、RS-132火箭弹，并且曾在诺门罕战争中用于对日军地面目标的攻击。在这之后，苏联火箭研究所改组为人民弹药委员会第三研究所，除了继续研究航空火箭和多管火箭外，也开始研究其他火箭和导弹。在德国进行液体火箭发动机研究的时候，苏联也在进行这方面的研究，另外，苏联还研制了制导鱼雷、防空导弹、巡航导弹等，在火箭燃料等方面也取得了进步。但在苏德战争爆发后，苏联的火箭、导弹研制工作进展有限，这方面的专家只有1000人，实验室和生产车间也很简陋，虽然开展的项目不少，但只有火箭弹能够实用，其他的都没有达到实用程度。随着图哈切夫斯基在1937-1938年的大肃反中被清洗，苏联的导弹研制工作也陷入停顿。苏联领导层中远没有德国领导层那样重视新武器研制，更缺乏德国人的眼光，陆军连一个火箭战斗的制定和使用计划都没有。苏军在二战中最著名的BM-13战车实际上是在1938年第三科研所领导秘密劳动竞赛的背景下研制出来的，同时研制出了配套使用的射程8.5公里的ROFS-132新型火箭弹，这成为苏军最先进的火箭武器。苏军高层领导人之间也矛盾重重，人民弹药委员谢尔盖耶夫、人民国防委员伏罗希洛夫、副人民国防委员库利克、炮兵司令沃罗诺夫等人在火箭武器方面根本就不统一，因此苏联实际上根本就没有一个统一的火箭研制领导。1941年4月，在苏德战争爆发前，苏联甚至因为高层之间的矛盾而下令停止了第三研究所的火箭研制工作，直到6月20日才重新开始研制，并因德国的战争威胁而决定批量生产火箭弹和新型火箭弹战车，但第二天苏德战争就爆发了。第三研究所也从人民委员会苏维埃转归到航空工业人民委员会，改名为航空工业人民委员会第一研究所，而且科研任务的主要方向转向了研制喷气式截击机及其发动机，至于火箭弹，只有少数研究人员在继续研究，新型火箭弹也只有M-8、M-13、M-31火箭弹，原本要研制的30、50公里火箭弹项目也未能成功。
1946年4月29日，斯大林亲自召开专题会议，听取报告，要求加速苏联导弹武器的发展。1946年5月13日，斯大林主持召开苏联部长会议，通过了被称为“导弹大跃进纲领”的第1017-419号《导弹武器问题决议》。决议规定，立即成立导弹装备专门委员会，作为最高领导机构，委员会直接隶属苏联部长会议，由苏联部长会议主席确定导弹武器装备方面的科研和试验设计工作发展计划和纲要，审批项目拨款，协调物质技术资源，监督各部门政府任务执行情况，督促相应部门领导采取灵活措施保障及时完成规定任务。专门委员会在最短时间内拟定并报请部长会议主席审批《1946-1948年导弹武器科研和试验设计工作计划》，首要任务是利用国内现有资源复制V-2远程弹道导弹和“瀑布”防空导弹。
成立领导机构和组织机构很容易，一道政令即可，但具体实施就不那么轻而易举了。苏联的航空工业其实也有较深厚的实力，能够生产航空发动机和无线电装置的工厂很多，这些工厂都是有能力在短时间内生产出V-2远程弹道导弹的，但当时不只是要研制导弹，还有新型飞机的研制任务，时任航空工业人民委员沙胡林表示，航空工业部无法同时制造喷气式飞机和导弹，建议由多个部门联合研制弹道导弹和防空导弹，分工负责。于是，苏联开始建立多个研究机构，分工研制，武器装备部负责研制液体燃料发动机火箭弹，农业机械部研制火药发动机火箭弹，航空工业部研制喷气式航空火箭弹，电子工业部研制地面和机载控制设备、选择器、电视装置、目标搜索和定位雷达，造船工业部研制陀螺稳定装置、舰载目标搜索和定位雷达、用于攻击水下目标的火箭弹自导弹头，化学工业部研制液体燃料、氧化剂、催化剂。另外，航空工业部还负责研制远程导弹使用的液体燃料喷气式发动机，进行导弹航空动力学研究和试验，机械和仪表制造部负责整体装配，研制发射装置、压缩机、泵等其他配件，农业机械部研制非接触引信、弹药和火药等。为协调工作，各部门相应成立了导弹装备工作指挥机构，航空工业部、武器装备部、农业机械制造部、电子工业部分别成立导弹装备总局，化学工业部、造船工业部、机械和仪表制造部成立导弹装备局，苏联武装力量部、炮兵和海军司令部成立导弹武器局，苏联国家计划署成立导弹装备处。
苏联还根据二战战争赔款协议，从德国直接购买各种设备、装置和原料，并把德国的火箭研制设备拆卸运回苏联。苏联还向德国派遣了大量的专家和科研人员，与德国的导弹科研人员一起工作。苏联向在德国的导弹研制单位划拨了7000万马克，并且安排了食品、住房、交通等高福利待遇，大幅提高了薪酬。当时在德国设立了两个研究所，北豪森研究所的任务是复制V-2导弹，柏林研究所的主要目的是复制防空导弹和其他几型导弹武器。在这两个研究所内共有1000多名苏联军地专家和6000多名德国科学家、设计师、工程师和工作人员一起。
这场导弹研制工作可以说是一场类似曼哈顿工程一样的宏大科研行动，仅为制造R-1导弹就联合了13个设计局和35家工厂，R-2导弹项目更多达24个科研所、设计局和90家工厂参与，苏联第一枚洲际弹道导弹R-7的研制动员了200家科研所、设计局、实验室的力量。
这场大跃进的成绩很不错，1946年夏，在驻德苏军第92近卫火箭炮兵团的基础上成立特种旅，保障导弹试射任务，由特维尔列茨基少将指挥，到11月底，全旅官兵熟练掌握了V-2导弹的发射保障技能。可以说在德国的导弹研制工作圆满完成任务，1946年10月23日，300名德国导弹武器专家被先期运送到苏联境内，大部分苏联专家也于当年年底撤回。
在德国飞弹的基础上，科罗廖夫和他的研究人员也不负众望很快取得一系列成绩：1946年12月，苏联已复制了T、N两个系列的V-2导弹，开始准备试射。试射工作原本打算在德国境内完成，但为了保密，最后转移到了苏联境内。1947年8月，驻德特别旅撤回国内，部署到莫斯科军区中央试验靶场，1947年10月18日，开始进行T系列V-2导弹发射，一个月之内进行了11次发射。1948年10月10日，自行设计的近程导弹试飞成功；1948年9月11日至11月5日，开始进行苏联国产R-1型导弹的试射；1949年初，中程导弹试验成功，1949年5月，地球物理火箭发射成功，1949-1950年进行R-2、R-3导弹试验。到1957年前，特种旅共在卡普斯京雅尔靶场进行了296次R-1导弹发动机发射和79次R-1导弹实弹发射试验，进行了216次R-2导弹发动机发射和38次R-2导弹战斗发射试验，进行了15次R-5M、R-11导弹试射；1950年10月，改进的近程导弹发射成功；1951年8月、10月，曾两次用地球物理火箭将小狗送入高空；1953年4月，远程弹道导弹和战术弹道导弹发射成功。可以说，苏联实现了导弹研制的大跃进，不但超过了德国，而且赶上了美国。
这种几乎每年都有重大进展的研究速度的确令人惊诧，科罗廖夫这位带罪之身也得到了苏联高层的青睐，他对苏联整个航空航天计划开始拥有举足轻重的发言权，苏联高层也迫切需要赢得对美国的太空优势，从而证明苏联的政治优势和取得对美国军事战略优势。继洲际导弹成功后，进入太空就已经指日可待了。苏联领导人也向科罗廖夫提出了更为明确和难度很大的要求：一定要抢在美国人前面发射人造卫星！这已经不仅仅是科研任务，而是意义深远的政治任务。科罗廖夫不得不加倍努力。
1957年8月3日，第一枚洲际导弹终于顺利发射成功，为了抢时间，科罗廖夫也不得不采用一些冒险办法，决定采用捆绑式火箭将卫星送上天，科罗廖夫的努力没有白费，当年10月4日就将世界上第一颗人造地球卫星送入轨道；11月3日，又在第二颗人造地球卫星内搭载了一条名为“莱伊卡”的小狗，进入太空，这已经开始为不久的载人航天做准备了；1958年5月，又成功地发射了一个卫星式的小飞船。
这时，苏联高层也赋予了科罗廖夫最重要的太空权威地位，他此时一身三职，即航天局副局长、主任设计师和发射总指挥三个要职，这既是肯定了科罗廖夫的成就也是赋予了他更大的政治任务，那就是登月和载人航天，因为这时候苏联的率先成功很大程度上刺激了美国，美国也在竭尽全力争取在这两个项目上挽回颓势，否则将严重打击整个自由世界的信心。科罗廖夫于是马不停蹄地开始新的任务。
1959年1月2日发射月球1号探测器，它是世界上第一个摆脱地球引力的飞行器；
1959年9月12日发射月球2号探测器，成为第一个到达月面的人造物体；
1959年10月4日发射的月球3号探测器拍摄人类第一批月球背面照片；
1959年底开始，科罗廖夫开始组织研制金星和火星探测器；
与此同时，科罗廖夫的载人航天计划也在稳步取得进展，最终在1961年4月12日，东方1号飞船载着人类第一位宇航员尤里·加加林进入太空，开辟了载人航天的新时代。此后的3年中，他再接再厉陆续实现了很多太空项目，如宇宙飞船轨道会合、女性航天员进入太空、多人飞行和太空行走等。
一个科罗廖夫时代过去了。