Desde el año 1946 Von Braun había propuesto al gobierno norteamericano enviar un satélite artificial al espacio. El ejército empezó a recopilar algunos informes sobre las ventajas y aplicaciones que un satélite artificial podía reportar a la carrera armamentista que recién se iniciaba.

En la Unión Soviética ocurría otro tanto, la Academia de Ciencias de la Artillería preparó un informe sobre las ventajas de poseer un satélite artificial que ofrecería innumerables ventajas al ejército soviético. Para ello se buscó apoyo en Korolev que ya venía desarrollando el conocido cohete R-7. Después de varios estudios complementarios se determinó que el R-7 podía llevar una pequeña carga hasta la órbita terrestre. El gobierno soviético comprendió que enfocando el lanzamiento del cohete R-7 con una óptica científica servía también para probar su efectividad para su posterior uso militar como ICBM (Misil Balístico Intercontinental).

Tanto los soviéticos como los norteamericanos anunciaron que en el marco del Año Geofísico Internacional, un espacio de tiempo para desarrollar esfuerzos internacionales para el estudio de la Tierra, los océanos, la atmósfera y el entorno del espacio terrestre, que en esta ocasión se celebraría entre los años 1957 y 1958 lanzaría un satélite al espacio con una pequeña masa.

Los Estados Unidos divulgaron que estaban planeando lanzar un pequeño satélite con una radio-baliza, al que llamaron "Vanguard", este usaba un cohete multietapa basado en la tecnología del cohete Viking. Extraoficialmente Von Braun también estaba preparando un cohete militar para lanzar un satélite que estaría listo para esa fecha, suministrado a su vez por el grupo de Van Allen de la Universidad de Iowa, pero desgraciadamente no le permitieron hacerlo antes que la misión oficial del Vanguard. A la par los militares estadunidenses estaban desarrollando un programa de satélites espías para lograr fotografiar el suelo de la Unión Soviética desde el espacio, este programa más tarde se conocería también con el nombre de Vanguard y sería elaborado por la marina estadounidense.

Los soviéticos igualmente se dieron prisa, aprovechando la capacidad de carga del misil R-7 prácticamente terminado y probado, se dieron a la tarea de diseñar un satélite que fue nombrado como Object-D, el cual estaría equipado con instrumentos científicos. Pero en el afán de lanzar su satélite primero que los norteamericanos sustituyeron el complicado satélite Object- D por uno más simple llamado PS (Prostreishiy Sputnik), en español “Satélite Sencillo”. La construcción del pequeño satélite se realizó en apenas un mes, asegurando al gobierno soviético que lanzarían el satélite primero que los norteamericanos. Los militares soviéticos no estaban muy convencidos, pues esto implicaba utilizar un R-7 con uso muy alejado para lo que había sido construido y en aquellos momentos no contaban con muchos, teniendo en cuenta, que los Estados Unidos tenían instalados algunos cohetes de alcance medio en Europa apuntando hacia Moscú.

Los norteamericanos no estaban exentos de problemas, el proyecto inicial de su satélite con diferentes instrumentos científicos pesaba cerca de 23 kilogramos, el Departamento de Defensa les comunicó que la carga útil del satélite no podía sobrepasar los 10 kilogramos debido a la escasa potencia del cohete que sería utilizado y que también se nombró Vanguard. Mientras los norteamericanos realizaban diferentes ensayos de lanzamiento, los soviéticos apostaron todo su esfuerzo a un único lanzamiento el 4 de octubre, que tomaría desprevenido a los Estados Unidos, desatando una verdadera paranoilla en la Casa Blanca. Para colmo, los norteamericanos hicieron la prueba de lanzar su satélite Vanguard el 6 de diciembre de 1957, pero fallaron. El margen de potencia de elevación extra era muy pequeño; en los primeros y críticos segundos iniciales, no pudo elevar el cohete con la suficiente rapidez como para separarlo de su apoyo; en vez de eso, el cohete se tumbó y ardió. Millones de espectadores vieron como una bola de fuego salía cerca del motor y el cohete Vanguard sin levantarse una pulgada del suelo, se inclinó hacia un lado y estallo al chocar contra el suelo. Se cuenta que de manera irónica los soviéticos propusieron a los norteamericanos incluirlos en su plan de ayuda a países subdesarrollados.

El Sputnik 1 lanzado desde el Cosmódromo de Baikonur en Kazajistán, se convirtió en el primer satélite artificial de la Tierra. Era una esfera de aluminio de 58 cm con cuatro antenas de 2 metros de longitud, tenía una masa de 83 kg y contaba con dos transmisores de radio,el satélite orbitaba la Tierra a una distancia que variaba entre 938 km (apogeo) y 214 km(perigeo). El análisis de las señales de radio se usó para obtener información sobre la concentración de los electrones en la ionosfera. La temperatura y la presión se codificaron en la duración de los pitidos de radio que emitía, indicando que el satélite no había sido perforado por un meteorito. Los transmisores funcionaron cerca de tres semanas hasta que las baterías se agotaron.

El 4 de octubre de 1957, con el lanzamiento del satélite artificial soviético Sputnik l, comenzaba la carrera espacial.

Los soviéticos irían nuevamente a la carga y para celebrar un aniversario más de la revolución bolchevique, lanzarían el 3 de noviembre de 1957 el Sputnik II, con el primer ser vivo que viajaba al espacio, la perra Laika. Nuevamente un misil R-7 llevaría el animal hacia el espacio. La nave llevaba un sistema de soporte vital con un generador de oxígeno y aparatos para absorber el dióxido de carbono. Se le proporcionó comida para un vuelo de 7 días y una bolsa especial para recoger sus excrementos. Un electrocardiograma monitoreaba la frecuencia cardíaca y su frecuencia respiratoria era monitoreada por otro aparato. Al alcanzar la órbita, se desprendió exitosamente la punta cónica del Sputnik 2, pero la otra sección de la nave que debía desprenderse no lo hizo, impidiendo que el sistema de control térmico funcionara correctamente. Se desprendió solamente parte del aislamiento térmico, permitiendo que la cápsula alcanzara una temperatura superior a los 40 °C, por lo que se estima que el calor intenso mató al animal mucho antes de lo previsto, se había predicho que el animal muriera cuando ingiriera comida envenenada después de 10 días de vuelo, ya que no estaba previsto rescatar al animal vivo. No obstante, la misión suministró a los científicos los primeros datos del comportamiento de un organismo vivo en el medio espacial.

Laika una perra callejera que fue encontrada en las calles de Moscú ya que se presumía que ya tenía experiencia en resistir bajas temperaturas, fue sometida a entrenamiento con otros dos perros. Inicialmente se informó que la perra Laika había muerto 6 días después de lanzamiento, pero no fue hasta el 2002 que se reveló oficialmente la causa y el tiempo en que ocurrió su muerte. Después de Laika los soviéticos enviaron al espacio doce perros más, muchos de ellos regresaron con vida a la Tierra. La misión desencadenó un debate mundial sobre el maltrato a los animales yexperimentos con animales en general, para hacer avanzar a la ciencia.

El Sputnik 2 orbitó la Tierra 2 570 veces, durante 163 días, todo un record para la época.A la vista del éxito del Sputnik 1 y el Sputnik 2 y el fallo del Vanguard, el plan de Von Braun tuvo un nuevo impulso y el 31 de enero de 1958, pudo orbitar con éxito el primer satélite artificial norteamericano, el Explorer 1.El satélite fue lanzado desde el Complejo de Lanzamiento 26 (LC-26) de la estación de la Fuerza Aérea de Cabo Cañaveral. Su principal mérito fue que detectó los Cinturones de Radiación de Van Allen, una zona específica de la magnetósfera terrestre, donde se concentran partículas cargadas debido al intenso campo magnético de la Tierra.

El Explorer 1, fue diseñado por el Jet Propulsion Laboratory (JPL) del Instituto de Tecnología de California y fue lanzado por un cohete Juno-1, una modificación del cohete Júpiter-C. Tenía 203 cm de largo y 15,9 cm de diámetro. Orbitaba como un único cuerpo girando alrededor de su eje de revolución 750 veces por minuto, demorando 114 minutos en dar la vuelta a la Tierra. Estuvo realizando transmisiones de radio hacia la Tierra hasta el 23 de mayo de 1958, pero permaneció orbitando la Tierra de forma silenciosa durante 12 años más.

El éxito rotundo del lanzamiento del Sputnik 1 avivó el entusiasmo entre los dirigentes de la URSS. El grupo de Korolev planteó inmediatamente una serie de metas perfectamente alcanzables que le permitía alcanzar ventajas a la Unión Soviética en el campo de la astronáutica a nivel mundial. Después del lanzamiento del Sputnik 2, comenzó a trabajarse en cohetes mucho más potentes que hicieran posible a los humanos llegar hasta la Luna y demás planetas del Sistema Solar. En mayo de 1958 el Buró e Diseño de Korolev se anota otro éxito con el lanzamiento del Sputnik 3 desde el Cosmódromo de Baikonur, utilizando como vehículo de lanzamiento un cohete R-7 modificado que tanto éxito les había dado. Era un satélite de investigaciones para explorar las capas altas de la atmósfera. Un fallo en los sistemas de grabación de abordo impidió que pudiera detectar la radiación de los cinturones de Van Allen, que había sido detectado con anterioridad por el satélite Explorer 1. Ese mismo año el presidente Dwight D. Eisenhower inauguraba la National Aeronautics and Space Administration (NASA), supuestamente con una orientación totalmente civil y con el objetivo de aplicar el desarrollo coheteril en el campo de las ciencias. Su antecesora la NACA (National Advisory Committee for Aeronautics) había venido realizando experimentos para intentar lanzar el primer satélite artificial norteamericano mediante el programa Vanguard. Debido al fracaso inicial de la misión, esta fue dividida en dos agencias, la NASA, que se dedicaría a los estudios científicos y la DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) que se encargaría de desarrollar tecnologías espaciales para aplicaciones militares. En marzo por fin el programa Vanguard podía disfrutar del éxito. Un cohete Juno I lograba llevar hasta el espacio una pequeña esfera de aluminio de 1,8 kg a una órbita elíptica que haría posible que se mantuviera en el espacio unos 200 años, transportaba un contador Geige un detector de micrometeoritos y un magnetómetro, este satélite sería conocido como Vanguard 2.

La próxima meta en esta carrera desenfrenada por la conquista del espacio sería llegar a la Luna. El programa Pioneer venía siendo desarrollado por los Estados Unidos con el objetivo de lograr escapar de la gravedad terrestre y poder llegar a Luna. Desde 1958 la fuerza aérea y el ejército venían trabajando en el desarrollo de dicho proyecto. Para lograrlo utilizarían el misil Thor el cual sería unido a las etapas superiores del cohete  Vanguard ( Thor- Able), pero la Pioneer 0, el primer intento por llegar a la Luna fue un fracaso, 77 segundos después del despegue el cohete explotó a 16 km de altura cayendo en el océano.

Este fracaso le dio la ventaja al soviético Korolev para intentar llegar a la Luna primero que los norteamericanos, un mes después del lanzamiento de la Pioneer 0 salía desde Baikonur el Luna 1A el primer intento de los soviéticos por llagar a la Luna, pero el lanzador SL-3/A1 explotó a los 92 segundos del lanzamiento, siguieron igual suerte la sondas Luna 1B y Luna 1C, no menos desastrosas fueron las sondas norteamericanas Pioneer 1, Pioneer 2 y Pioneer 3, la Luna seguía inalcanzable.

Pero el 2 de enero de 1959 la Unión Soviética lograba lanzar la sonda Luna 1, convirtiéndose esta en la primera nave en escapar de la gravedad de la Tierra cuando su cohete R-7 modificado logró alcanzar la velocidad de 11,4 km/s   y partir en dirección a la Luna. A una distancia de 113.000 km de la Tierra, la sonda soltó una nube de gas de sodio que fue visible desde el Océano Índico. Después de 34 horas de vuelo logró pasar a 6000 km de la superficie lunar, aunque inicialmente se pretendió que impactara la superficie, debido a un fallo en el sistema de control del cohete, esto no pudo ser posible.

La sonda era una esfera de aluminio de 80 cm y un peso de 361 kg. Tenía 5 antenas en la parte superior y 2 en la parte inferior para mantener la comunicación con la Tierra y según la tradición soviética a bordo de la esfera viajaban banderas, escudos e insignias soviéticas. El logro científico más importante de la misión fue descubrir el cinturón de radiación que rodea nuestro planeta y comprobar que la Luna no poseía campo magnético.

Pero todo no quedaría en pasar cerca de la Luna el plan de los soviéticos era más ambicioso, tratarían de fotografiar la cara oculta de la Luna, es decir el hemisferio posterior de la Luna, que nunca puede ser visto desde la Tierra debido al movimiento sincrónico de su periodo de rotación y de traslación.

Dos meses después los Estados Unidos lograban escapar de la gravedad de la Tierra con la Pioneer 4, un cohete Juno II impulsó la sonda en dirección a la Luna, pero solo lograba pasar a 59 000 km de la superficie lunar, el doble de lo planeado.

Los soviéticos continuaron cosechando éxitos, el 13 de septiembre de 1959 lanzaban la nave espacial Luna 2, esta sería la primera nave que alcanzaría la superficie lunar al estrellarse en una zona llamada Palus Putredinis, una llanura situada entre el Mar de la Tranquilidad y el monte Arquímedes. La nave idéntica a la Luna 1, impactó la superficie 33 horas después de su despegue, impulsada por un cohete Vostok, una versión mejorada del Misil R-7 para realizar vuelos espaciales, la Vostok tenía 19 m de alto y un diámetro de 2,68 m. Un mes después salía hacia el espacio en dirección a la Luna la sonda Luna 3, la cual tomaría por fin, las primeras imágenes de la cara oculta de la Luna. El sistema encargado de tomar las imágenes se llamó Yenisey-2 el cual llevaba una película de 35 mm resistente a la radiación. Estas vistas mostraron un terreno montañoso, muy diferente de la cara visible, y sólo dos regiones oscuras y bajas que fueron nombradas Mare Moscoviense (Mar de Moscú) y Mare Desiderii (Mar del deseo). Se tomaron un total de 29 fotografías, cubriendo el 70% de la cara oculta.

En aquellos tiempos no existía la tecnología actual para enviar imágenes a la Tierra provenientes del espacio, después de varios intentos para enviar las imágenes desde la nave Luna 3, el 18 de octubre el gobierno soviético mando a silenciar todas las transmisiones de radio cercanas a la estación terrestre encargada de recibirlas en Crimea, varios buques de la armada soviética se encargaron de patrullar las aguas del mar Negro y hacer efectiva lamedida. Gracias a esta decisión se pudieron recibir 17 imágenes de las cuales solo pudieron publicarse seis, para sorpresa de todos, la cara oculta no estaba cubierta por mares oscuros como la cara visible.

Los Estados Unidos no lograban alcanzar a los soviéticos, en diciembre de 1959 mientras la URSS le mostraba al mundo sus imágenes de la Luna, los norteamericanos enviaban al mono Sam en un cohete llamado Little Joe-2 al espacio a un altura de 88 km, por suerte para Sam fue recuperado con vida en el océano Atlántico por un buque de la armada estadounidense. El año 1960 los norteamericanos lo aprovecharon para mandar al espacio satélites para espiar los lanzamientos de misiles en territorio soviético, la serie de satélites nombrada Midas (Missile Defense Alarm System) y Discoverer (serie de satélites espía con cámaras fotográficas), se encargarían de eso. En el campo de la ciencias mandarían al espacio lo que se considera el primer satélite meteorológico el TIROS-1 (Television Infrared Observation System), que fue lanzado desde Cabo Cañaveral alcanzando con éxito una órbita polar, este satélite civil inspiraría posteriormente al Departamento de Defensa estadounidense a desarrollar el Programa de Satélites Meteorológicos para la Defensa  Otro satélite la Pioneer 5 lograba mandar señales de radio a la Tierra desde una distancia de 22.5 millones de millas, un record para la época. Esta sonda fue la primera en realizar un vuelo interplanetario, gracias al impulso que recibió por el cohete Thor-Able desde Cabo Cañaveral en la Florida.

Los sueños soviéticos seguían a toda marcha en su carrera espacial, enviar una sonda hasta el planeta Marte y sobrevolarlo sería su próximo sueño, pero la Marsnik 1A o Mars 1960A y la Mars 1960B, nunca lograron abandonar la rampa de lanzamiento cuando intentaban llegar a Marte.

Entonces decidieron elaborar un plan más realista, llevar por primera vez un hombre al espacio.