В конце 1946 года на 4-м ГЦП начались работы по подготовке и проведению первых пусков ракет А-4 и Р-1. В баллистическом обеспечении пусков этих ракет активное участие принимал НИИ-4. Научный отчет института № 1 «Внешняя баллистика дальнобойных реактивных снарядов типа А-4» был посвящен решению основных вопросов баллистики ракеты.

В 1947–1949 годах в институте была разработана инженерная методика расчета систем автоматического регулирования полета ракет, впервые сформулирована общая постановка задачи управления и стабилизации движения.

Научно-исследовательские работы начального периода деятельности НИИ-4 были направлены на глубокое изучение принципов действия отечественных и зарубежных головных частей и автоматики подрыва боевых зарядов. Проводились также исследования по стартовым комплексам и наземному технологическому оборудованию для перспективных ракет дальнего действия, полевых реактивных снарядов, зенитных и противоракетных систем. В работах института 1948–1950 годов, посвященных перспективам развития наземного технологического оборудования для жидкостных ракет дальнего действия, сотрудниками института К. Д. Масленниковым, В. И. Путвинским, Н. В. Слобожановым было доказано, что при дальности стрельбы ракетой на тысячу и более километров целесообразно создание стационарных стартовых комплексов, поскольку подвижные комплексы жидкостных ракет типа тех, что применялись для ракет P-1 и Р-2, для таких ракет представлялись в то время слишком громоздкими и имеющими низкую боевую готовность.

С 1950 года в институте начались исследования по стартовым комплексам межконтинентальных ракет. Были проанализированы принципиальные схемы подготовки таких ракет к пуску, различные способы установки ракет на пусковое устройство, заправки и прицеливания.

В 1946–1948 годах институтом были выполнены научно-исследовательские работы обзорного и поискового характера с целью изучения и разработки специальных полигонных измерительных комплексов. В весьма короткие сроки институт силами своих специалистов осуществил доработку радиолокационных станций наведения и корректировки огня зенитной артиллерии американского и английского производства. Сотрудники института принимали участие в подготовке боевых расчетов для этих станций, непосредственно участвовали в организации работ и пусках ракет на полигоне Капустин Яр.

На 4-м ГЦП с участием НИИ-4 в 1947 году была создана служба единого времени, располагающая комплексом аппаратуры генерирования, формирования, усиления и передачи сигналов времени потребителям. В 1949 году была создана система единого времени, однако в начале 1950-х годов в связи с разработкой ракет с дальностью полета более тысячи километров возникла проблема значительного улучшения ее характеристик. К обоснованию возможностей создания совершенной системы единого времени в институте приступили в 1953 году.

Огромная работа в первые три года существования института была проведена по созданию его экспериментальной и производственной базы.

Для материально-технического обеспечения НИР и развития института в 1946 году были созданы соответствующие отделы, возглавляемые заместителем начальника института по МТО. В первые годы их основной задачей было снабжение института приборами, химическими реактивами, взрывчатыми веществами, порохами, двигателями реактивных снарядов, экспериментальных мастерских — необходимыми материалами, оборудованием.

Не следует думать, что НИИ-4 существовал в «тепличных условиях»: его деятельность находилась под строгим контролем государственных и военных структур, требовавших от сотрудников и руководителей института полной отдачи. В ходе аттестации, проведенной в конце 1947 года, немало претензий было высказано и в адрес начальника института.

В 1947 году в НИИ-4 был создан стенд для огневых испытаний ЖРД тягой до 100 килограммов, работающий на спирте и газообразном кислороде. В 1948–1949 годах появились второй и третий стенды, в 1950–1951 годах — четвертый и пятый. Кроме того, были построены три лаборатории, две экспериментальные установки, пороховая мастерская, экспериментальные мастерские при основных отделах института. В институте были построены и функционировали экспериментальные установки для исследования механического воздействия взрыва на объекты и технику, взрывная камера для изучения физики действия воздушной ударной волны с различными преградами, метательные высокоскоростные взрывные установки, термобарокамера для исследования механического воздействия высотного ядерного взрыва и многое другое.

В неприспособленных помещениях к началу 1947 года были размещены пять цехов экспериментальных мастерских, оснащенных в основном трофейным оборудованием. В 1948 году численность рабочих экспериментальных мастерских составляла 90 человек. В середине года по чертежам отдела жидкостных двигателей был изготовлен двигатель для работы на тетранитрометан-керосине, имевший тягу 500 килограммов. Этот двигатель явился первой продукцией экспериментальных мастерских.