В апреле 1925 года Семёнова назначили директором Московского авиационного завода № 12 «Радио» — важного предприятия радиотехнической промышленности, напрямую связанного с оборонным ведомством и также крайне зависящего от скорейшего решения вольфрамовой проблемы (нить накаливания применялась в радиолампах — необходимых деталях средств связи). В должности директора авиазавода он пробыл до 1927 года — года, судьбоносного во всех отношениях.
В 1927 году советские экономисты приступили к разработке первого пятилетнего плана, который должен был предусмотреть развитие всех районов и использование всех ресурсов для индустриализации страны. В первую пятилетку намечалось создать индустриальную базу — 1500 крупных предприятий. Рывок предполагалось сделать небывалый. Сталин по этому поводу заявил: «Задержать темпы — значит отстать. А отсталых бьют. Но мы не хотим оказаться битыми… Мы отстали от передовых стран на 50-100 лет. Мы должны пробежать это расстояние в десять лет. Либо мы сделаем это, либо нас сомнут».
Главным источником средств, которые пошли на осуществление I-й пятилетки, были «внутренние накопления»: лес, нефть, золотой и алмазный запасы, произведения искусства и продовольствие. На вырученные средства закупали импортные станки, материалы и сельхозтехнику. Вторая пятилетка продолжила развитие индустриальной базы. Выполнение заданий периода 1933-1937 гг. превратило страну из аграрной в мощную индустриальную державу, экономически независимую от других стран. Коллективные хозяйства, объединявшие к 1934 году три четверти крестьянских дворов, позволили, при значительном уменьшении числа занятых в сельском хозяйстве, поддерживать производство пищевой продукции на уровне, не допускавшем длительного голода. Та же коллективизация предоставила в распоряжение города огромное количество рабочих рук. Одновременно с техническими и экономическими преобразованиями в верхушке Коммунистической партии в решающую фазу вступила борьба за власть. В 1927 году был полностью отстранен от власти, а в 1929 году выслан за границу Троцкий. Затем настала очередь Зиновьева и Каменева, а потом — Бухарина: «любимец партии» был расстрелян в марте 1938 года.
Семёнов не принадлежал к лагерю сторонников Сталина. Рекомендацию в партию ему дали Серебряков и Крестинский — заслуженные троцкисты, следовательно, он получался явным «протеже» Троцкого и «отмываться» от этой репутации не спешил. С Бухариным же его связывала не только дружба, но и отношения почти семейные. Знакомство с бывшей женой Бухарина Эсфирь Гурвич переросло в чувство более нежное, и Семёнов некоторое время жил в её доме, где периодически встречался с Бухариным, навещавшим свою дочь Светлану.
