29 января 1941 года на Щелковском аэродроме состоялся первый полет пикирующего бомбардировщика. Он прошел успешно и показал преимущества новой машины перед зарубежными аналогами. Теперь туполевцы, и среди них Королёв, с нетерпением ждали скорого освобождения, однако этого не произошло. Туполев вынужден был собрать своих соратников и обратиться к ним с призывом не падать духом и постоянно думать о том, что их труд нужен Родине.

Между тем у порога стояла война. Ее приближение чувствовалось и в ЦКБ-29, где рабочий день увеличили с десяти до двенадцати, а затем – до четырнадцати часов. По вечерам в столовой начали выставлять простоквашу и хлеб, чтобы желающие могли подняться и подкрепиться.

И вот грянуло 22 июня – день начала Великой Отечественной войны. Радио в тюрьме не работало, охрана ничего толком не знала, но сквозь зарешеченные окна узники видели, как на улице под громкоговорителем быстро росла толпа. А потом по «шарашке» пронесся слух: немцы напали!

Когда фронт стал приближаться к Москве, заключенным приказали копать во дворе траншеи-«щели» и переоборудовать под бомбоубежище захламленный подвал. Работали там по четыре часа ежедневно, с шести до восьми утра и с шести до восьми вечера. 20 июля оборудование бомбоубежища было закончено, и уже ночью 22 июля им пришлось воспользоваться во время первого воздушного налета на Москву.

В последних числах июля заключенным объявили, что ЦКБ ночью эвакуируется. Узников на автобусах довезли до товарной станции Казанского направления железной дороги, погрузили в теплушки с зарешеченными окнами, и эшелон двинулся на восток. Куда конкретно, никто не знал. Вскоре эшелон прибыл в Омск. Первую ночь заключенные провели в тюрьме на улице Тарской. На следующий день большую их часть разместили в здании местной школы. Перед прибывшими поставили конкретную задачу: к концу 1941 года освоить серийный выпуск пикирующего бомбардировщика «Ту-2».

Даже в таких жестких «походных» условиях Сергей Королёв не отказался от своих планов по покорению стратосферы с помощью ракетоплана. Первый документ, свидетельствующий о возвращении Сергея Павловича к заветной теме, датирован 6 августа 1941 года, то есть фактически в день приезда в Омск. Документ содержит прикидочные расчеты «Объекта AT» – крылатой аэроторпеды. Здесь мы имеем дело с попыткой объединить весь предшествующий опыт ГИРД и РНИИ для того, чтобы быстро дать армии новое оружие, способное существенно увеличить эффективность бомбардировщика «Ту-2». Очевидно, эта работа была санкционирована руководством НКВД, поскольку в своих расчетах Королёв оперировал данными НИИ-3, которые были получены после его ареста.

По-видимому, составленные на основе этих расчетов проектные предложения были представлены начальству, что сыграло важную роль в неожиданном изменении дальнейшей судьбы конструктора. В ноябре 1942 года поступило предписание препроводить заключенного в Казань. Там при авиамоторном заводе № 16 существовало ОКБ Спецотдела НКВД СССР, в которое входило несколько коллективов со своей тематикой и главными конструкторами, в том числе и КБ-2 по разработке ракетных двигателей для авиации под руководством Валентина Глушко.

8 января 1943 года в ОКБ была создана группа № 5, главным конструктором которой стал Сергей Королёв. Незадолго до этого он направил записку начальнику Спецотдела НКВД СССР, в которой излагал общие положения проекта перспективного истребителя-перехватчика «РП». В первой главе записки Сергей Павлович сообщал: вскоре будут закончены доводочные работы по двигателю «РД-1» конструкции Глушко, что откроет прямой путь к созданию ракетного самолета. На основе этих соображений Королёв выдвигает проект истребителя с ракетным двигателем:

Конечно же, Сергей Королёв понимал, что до реализации проекта «РП» в полном объеме очень далеко. Потому в качестве первого этапа рассматривал возможность создания экспериментального ракетоплана на основе пикирующего бомбардировщика «Пе-2». Все расчетно-проектные работы по оснащению «Пе-2» ракетной двигательной установкой «РУ-1» заняли у группы Королёва четыре месяца. Всесторонний анализ проекта показал, что модернизация бомбардировщика заметно улучшит его характеристики. Окончательный проект самолета с дополнительным двигателем Королёв утвердил 24 мая 1943 года. Во введении он писал: «Необходимо отметить, что РУ-1 является совершенно новым техническим агрегатом, впервые осуществленным на самолете с целью испытания и отработки реактивного двигателя в летных условиях».

В целях упрощения задачи и сокращения сроков испытаний «РУ-1» изготовлялась с одним двигателем «РД-1», а не с двумя, как предусматривалось проектом. Перед установкой на самолет «РД-1» был всесторонне испытан в лабораторных условиях и на стенде. Серьезные затруднения возникли с системой зажигания. При автономной отработке двигателя хорошие результаты показала эфирно-воздушная система зажигания с искровой свечой, однако при испытаниях в воздухе она оказалась неработоспособна, и после длительных экспериментов было решено остановиться на варианте химического зажигания. В связи с этим двигатель «РД-1» получил новый индекс – «РД-1ХЗ».

Подготовка самолета и изготовление всех частей «РУ-1» велись ударными темпами. В том же 1943 году на одном из заводских аэродромов можно было увидеть внешне почти обычный «Пе-2», но стоявший отдельно от своих собратьев и время от времени громко гудевший и извергавший огненную струю из сопла, помещенного в его хвостовой части. Самолет значился в документах под номером 15/185.

Для проведения заводских испытаний «Пе-2» с ракетным двигателем была создана комиссия. В нее вошли конструктор двигателя Валентин Глушко и автор реактивной установки Сергей Королёв. Пилотировали экспериментальный самолет штатные летчики-испытатели летно-экспериментальной станции завода № 22: капитан Александр Васильченко и подполковник Александр Пальчиков. Сергей Королёв тоже был включен в летный экипаж в качестве инженера-экспериментатора, что однажды едва не стоило ему жизни.