Предполагалось, что ракета, получившая обозначение «Р-2», будет аналогична «Фау-2», но с удлинением цилиндрической части на 1,9 м, что давало возможность для значительного увеличения емкости баков. Несмотря на крайне сжатые сроки и высокую занятость специалистов, к концу 1946 года удалось подготовить полный комплект чертежей, пояснительную записку и даже изготовить три опытных образца «Р-2».
25 апреля 1947 года состоялась защита эскизного проекта ракеты «Р-2» на самом первом заседании ученого совета НИИ-88. Однако прямое копирование немецких решений не устраивало Сергея Королёва. Кроме того, расчеты указывали, что удлиненная ракета будет просто разваливаться при возвращении в атмосферу. Ссылаясь на работы Константина Циолковского, главный конструктор предложил оригинальную идею – делать боеголовку ракеты отделяемой. Идея вела к другим доработкам, значительно изменяющим схему «Р-2» в сравнении с «Фау-2»: появилась возможность освободиться от защитной оболочки баков, сделав их несущими, а также упростить хвостовой отсек, убрав стабилизаторы.
В декабре 1947 года НИИ-88 посетила высокая делегация, состоявшая из маршалов Георгия Константиновича Жукова, Константина Константиновича Рокоссовского, Родиона Яковлевича Малиновского и Фёдора Ивановича Толбухина. Гостям продемонстрировали на стенде имитированный полет ракеты «Фау-2», после чего Королёв рассказал им о перспективах ракетной техники и ее значении для обороны страны.
Запуски первой серии ракет «Р-2» проходили на полигоне в октябре – декабре 1950 года. Было запущено двенадцать ракет: пять потерпели неудачу на активном участке траектории из-за отказов системы управления и двигательной установки, а у семи было отмечено разрушение головной части из-за перегрева на участке спуска. Принятые технические меры позволили увеличить надежность, и из тринадцати ракет «Р-2» второго этапа испытаний двенадцать достигли цели.
Благодаря усовершенствованиям ракета «Р-2» уже могла доставить на космическую высоту не только блок оборудования (как «Фау-2» или «Р-1»), но и герметичную капсулу с человеком внутри. Так, поздняя модификация «Р-2А» поднимала блок научной аппаратуры весом 860 кг на высоту 200 км. А шарообразная герметичная гондола знаменитого стратостата «СССР», рассчитанная на трех стратонавтов, весила всего-то 280 кг. Причем возможность отделения головной части позволяла осуществить эвакуацию гондолы на любом участке траектории. То есть такой вариант был вполне реален, однако Сергей Королёв поначалу даже не рассматривал его – прежде всего «Р-2» должна была стать оружием.
