Конструкторам не удалось повысить боеготовность комплекса. Время общей подготовки к старту осталось прежним — 6 часов. Боевое дежурство заправленной ракеты ограничивалось пятнадцатью минутами. После этого необходимо было либо пускать ее, либо переносить запуск на следующие сутки. Слив кислорода, горючего, проверка систем и повторная заправка требовали длительного времени.

Первые учебно-боевые пуски «Р-2» в войсках были проведены на сборах командного состава ракетных частей в 1952 году. А еще через год состоялись уникальные в своем роде испытания, получившие название «Герань» и «Генератор».

Суть экспериментов заключалась в следующем. В головной части ракеты была помещена емкость с радиоактивной жидкостью. При достижении заданного района на большой высоте производился подрыв заряда, при этом жидкость распылялась над поверхностью Земли, оседая в виде радиоактивных осадков. В головной части «Р-2», которая запускалась по эксперименту «Генератор», также была помещена радиоактивная жидкость, но не в общей емкости, а в большом количестве малых сосудов, каждый из которых разрывался над Землей самостоятельно. Много позже подобное оружие получило название радиологического, а то, насколько оно может быть эффективным, зримо продемонстрировал Чернобыль в 1986 году.

Оба этих пуска прошли успешно. Ракеты стартовали с полигона Капустин Яр и взрывались над пустынными районами северо-восточного Казахстана. Эксперименты дали возможность оценить распространение радиоактивных осадков на поверхности Земли.

6 декабря 1957 года было принято постановление правительства о безвозмездной передаче Китайской Народной Республике лицензии на производство «Р-2», а также полного комплекта технической документации.

Тем временем политический климат в мире резко охладился. В воздухе снова «запахло грозой». По мнению советских руководителей, угроза новой войны исходила теперь от Вашингтона и его союзников на западе Европейского континента. Несмотря на то что после возникновения блока «социалистических стран-союзниц» непосредственная угроза была отодвинута от границ Советского Союза, базирование бомбардировщиков потенциального противника с атомным оружием в Западной Европе и Азии делало оборону СССР весьма уязвимой. В этих условиях в качестве средства противодействия было решено использовать баллистические ракеты с большой дальностью полета.

Еще в апреле 1948 года было принято постановление Совета Министров о продолжении работ по «Р-1» и «Р-2» и конструированию ракет на дальность полета в 3000 километров.

Обсуждалось несколько различных вариантов летательных аппаратов, которые можно было использовать в качестве средства доставки боезаряда на дальние расстояния. Пытаясь определить потенциальные возможности крылатых ракет, главный конструктор поручил своему коллективу проработку, помимо баллистического варианта «БН», двух вариантов крылатой ракеты. О достоинствах и недостатках крылатых ракет Королев знал не понаслышке, ведь фактически он начинал с них, работая в ГИРДе. Однако и тут свою роль сыграл немецкий опыт: неудачи, преследовавшие немецких конструкторов при испытаниях и боевом применении «Фау-1», о которых Королев был наслышан в Германии, побудили главного конструктора более осторожно подойти к старой теме. Было решено проработать эскизные проекты двух подвариантов экспериментальной крылатой ракеты (ЭКР) — одноступенчатой («КН») и составной («КС»).

Анализ вариантов позволил Королеву окончательно утвердиться во мнении, что будущее за баллистической ракетой простой схемы. Все другие пути требовали гораздо больше времени и сил, а баллистическая ракета дальнего действия, с учетом немецкого и собственного опыта, могла быть построена в кратчайшие сроки. Именно в конце 40-х (а не в 30-е, как принято считать) Сергей Павлович сделал окончательный выбор, которому остался верен всю последующую жизнь. Возможно, этот выбор был ошибкой, но мы не вправе сегодня осуждать конструктора, ведь он отвечал за свои решения головой и не имел права на риск.

Новую ракету «Р-3» делали одноступенчатой, с несущими баками, хвостовым отсеком без аэродинамических стабилизаторов и с отделяющейся головной частью. Двигатель для «Р-3», обладающий исключительно высокими для своего времени характеристиками, на конкурсной основе проектировали два конструкторских коллектива — ОКБ-456 Валентина Глушко и НИИ-1 Министерства авиационной промышленности (МАП) под руководством Александра Полярного. Всеми работами по плану «Р-3» руководил лично Сергей Королев.

Отдельные конструктивные решения для новой ракеты предполагалось отработать на модифицированной «Р-2» и специально созданной экспериментальной летающей модели — ракете «Р-3А». Особые трудности возникли при разработке двигателя и обеспечении требуемого конструктивного совершенства — высокого отношения массы заправленной ракеты к сухой массе. Не все было ясно с обеспечением целостности головной части при ее входе в атмосферу с высокими гиперзвуковыми скоростями.

Эскизный проект «Р-3» утвердили в декабре 1949 года с рекомендацией принять в качестве ближайшей задачи создание ракеты «Р-3А» дальностью 935 километров для отработки в натурных условиях конструкции, двигателя и системы управления ракеты «Р-3».

Планировалось начать летно-конструкторские испытания ракеты «Р-3А» в октябре 1951 года, но проектные проработки показали, что, несколько изменив назначение ракеты, можно достаточно быстро получить качественно новое изделие — боевой ракетный комплекс с дальностью действия более 1000 километров.

К исходу 1949 года рамки отдела № 3 НИИ-88 стали тесны для быстро растущего конструкторского коллектива под руководством Сергея Королева, и 30 апреля 1950 года вышел приказ Министра вооружений о преобразовании СКВ в Опытное конструкторское бюро № 1 (ОКБ-1) по разработке ракет дальнего действия (начальник и главный конструктор — Сергей Королев) и ОКБ-2 по разработке зенитных ракет (и.о. начальника и главного конструктора — Карл Тритко). Еще через полтора месяца заместителем начальника ОКБ-1 назначили Василия Мишина, а заместителем главного конструктора — Василия Будника.

Работы по проекту «Р-3» еще не закончились, а Королеву уже стало ясно, что дальность полета в 3000 километров недостаточна. Актуальным становилось создание мощной межконтинентальной ракеты. Для решения этой задачи в соответствии с постановлением Совета Министров от 4 декабря 1950 года в научно-исследовательских разработках по темам «Н-1», «Н-2» и «Н-3» провели углубленные и расширенные исследования по новым схемам ракет, двигателей и топлив. Однако необходима была и ракета, способная поражать цели в оперативной глубине обороны противника. Такой ракетой стала машина, созданная на базе «Р-3А» и получившая обозначение «Р-5».

Работа над «Р-5» велась в конструкторском бюро Королева с конца сороковых годов. Новая ракета должна была иметь дальность полета, вдвое превышающую дальность предыдущего серийного изделия. В истории отечественного ракетостроения ей суждено остаться первой ядерной ракетой.

В 1951 году был закончен эскизный проект, и через год вышло решение правительства страны о создании баллистической ракеты, обладающей дальностью полета свыше 1000 километров. Первый старт состоялся 2 апреля 1953 года на полигоне Капустин Яр. После испытательных запусков 15 ракет и доработок по результатам испытаний в 1955 году «Р-5» была принята на вооружение инженерных бригад РВГК.

«Р-5» имела жидкостный маршевый двигатель «РД-103» конструкции Валентина Глушко тягой в 41 тонну, созданный на базе двигателя ракеты «Р-1» путем его максимального форсирования, снабженный специальным сопловым насадком. Оба бака (окислителя и горючего) стали несущими и оснащались системой уменьшения невыработанных остатков топлива, приборы системы автономного управления (СУ) располагались в двух отсеках — хвостовом (над двигателем) и межбаковом и дополнялись приборами радиоуправления боковой дальностью, позволяющей уменьшить рассеивание головных частей на максимальной дальности. Для управления на активном участке полета применялись сверхзвуковые газовые рули новой конструкции. Все решения, направленные на улучшение основных конструктивных показателей ракеты, стали стандартными и применялись впоследствии на изделиях разработки ОКБ-1.