Вернер фон Браун вместе с Вальтером Риделем, одним из наиболее талантливых и опытных разработчиков, подготовили эскизы основных узлов ракеты. По замыслу конструкторов она должна была иметь длину около 14 м и диаметр более полутора метров. Вместе со стабилизаторами, расположенными в хвостовой части ракеты, ее ширина должна была составлять почти 5 м. Ракете понадобится 12 т жидкого кислорода и топлива, и она должна оторваться от поверхности Земли благодаря реактивным двигателям, создающим силу тяги около 25 т. Новая ракета должна развить скорость около 6000 км/час и иметь радиус действия около 300 км. Военные назвали новую ракету А-4. Что касается А-3, которая также была включена в план разработок, то эта ракета должна была использоваться для испытания отдельных систем и компонентов, составляющих конструкцию А-4. Черновой вариант спецификации для А-4 включал также описание и чертежи производственных цехов, стартовых площадок и других строений на мысе Пенемюнде.

Строительство ракетной базы на Пенемюнде продвигалось значительно быстрее, чем создание ракет. Этот пустынный полуостров расположен в северной части острова Узедом, самого западного из двух крупных островов вблизи устья Одера, у берегов Балтийского моря. Благодаря удаленности от материка Пенемюнде был идеальным местом для секретной ракетной базы. Густые леса, которыми покрыт полуостров, обеспечивали прекрасную маскировку производственных корпусов и стартовых площадок. Армия заняла западную часть мыса, а Люфтваффе начала строить свои аэродромы на северо-западе. Обе части Пенемюнде находились в подчинении Генштаба и назывались «Армейской экспериментальной станцией Пенемюнде». Постройки, предназначавшиеся для штабных помещений, представляли собой одно-двухэтажные домики с остроконечными крышами с весьма скромным набором декоративных элементов как снаружи, так и изнутри. К маю 1937 года закончился первый этап строительства, и вскоре армейские офицеры и представители Люфтваффе начали переселяться в свои новые квартиры.

Вернер фон Браун был назначен техническим директором секретного объекта и занимал этот пост до тех пор, пока база на Пенемюнде не была превращена в груду развалин после бомбардировок мыса английской и американской авиацией.

А до этого момента Пенемюнде являлся прекрасной игровой площадкой для этого вундеркинда, увлеченного созданием ракет. Фон Браун со своими людьми создали там такое, о чем любители-энтузиасты из «Ракетодрома» могли только мечтать. В распоряжении фон Брауна был свой небольшой корпус, в котором он и его команда могли часами отдаваться любимому делу, которое им представлялось не более чем увлекательной игрой.

На Пенемюнде были прекрасные возможности для отдыха и восстановления сил после долгих месяцев упорного труда. В этих местах любил охотиться еще дед Вернера фон Брауна, и гениальный конструктор ракет также не отказывал себе в этом удовольствии. Его напарником чаще всего был Вальтер Дорнбергер. В теплые дни можно было окунуться в волны Балтийского моря. А по вечерам, после работы, фон Браун с Дорнбергером и несколькими членами своей команды обычно отдыхали в офицерском клубе, слушая всевозможные невероятные истории в стиле историй барона Мюнхгаузена.

Четвертого декабря 1937 года, почти через три года после успешных запусков «Макса» и «Морица», близнецов серии А-2, Вернер фон Браун объявил о готовности к запуску новой ракеты А-3. В качестве стартовой площадки был выбран один из крошечных островков в десятке километров к северу от Пенемюнде — остров Грайфсвальдер-Ойе. Первый запуск оказался неудачным. Ракета оторвалась от стартовой площадки и сделала четверть оборота вокруг оси. Под напором сильного шквального ветра раскрылся парашют, который предназначался для того, чтобы вернуть аппарат на землю целым и невредимым. Но затем движение ракеты вышло из-под контроля, и она упала в море. Вернер фон Браун и Вальтер Дорнбергер несколько дней анализировали эту ситуацию и пришли к выводу, что ее причиной стало преждевременное раскрытие парашюта. Они удалили парашют со следующей ракеты и сделали еще одну попытку. Вторая ракета повторила трюк первой. Третью ракету уже запустили не только без парашюта, но и в безветренный день. Она достигла высоты около 800 м, а затем, потеряв управление, упала в море.

Было ясно, что какая-то часть конструкции имеет дефекты. После ее внимательного изучения фон Браун и его помощники поняли, что во всем повинна система наведения, которую какой-то крупный спец из военно-морских сил разработал на основе гирокомпаса. Фон Браун решил создать вместо А-3 новую модель — А-5, которая отличалась бы от А-3 лишь более совершенной системой наведения.

В начале 1939 года Люфтваффе осознала, что ее участие в ракетной программе армии — довольно дорогое удовольствие, и решила пойти другим путем. Люфтваффе сохранила за собой лишь свои аэродромы, а всю остальную недвижимость и проблемы с ракетами уступила армии. То, что перешло под контроль армии, стало называться довольно скромно — «Армейское подразделение Пенемюнде».

День 23 марта 1939 года стал для Вернера фон Брауна поистине великим. В этот день ему исполнилось 27 лет, и он впервые лично встретился с фюрером — Адольфом Гитлером. Фюрер потребовал, чтобы ему доложили о выполнении ракетной программы. Совещание состоялось, но не на полуострове, а в Куммерсдорф-Весте, всего в 30 км от рейхсканцелярии, расположенной в центре Берлина. А перед этим Вальтер Дорнбергер как офицер, осуществлявший руководство разработками ракет на жидком топливе, показал Гитлеру и сопровождавшим его лицам образцы ракетных двигателей, обеспечивающих силу тяги 250 и 800 кг. А затем Вернер фон Браун подробно рассказал фюреру об устройстве и системе управления ракет. В качестве наглядного пособия он использовал изображение ракеты А-3 в разрезе. После этой короткой лекции фюреру показали ракету А-5 изнутри. С этой целью предварительно был удален корпус ракеты и стабилизаторы. В заключение Дорнбергер рассказал Гитлеру о ракете А-4, которая должна стать самым мощным оружием Германии.

После знакомства с ракетами состоялся званый обед, по окончании которого фюрер воскликнул: «Все это великолепно!»

Вальтер Дорнбергер воспринял этот комментарий Гитлера как выражение гордости за достижения немецких ученых в области ракетостроения, но, возможно, Дорнбергер был слишком оптимистичен, думая так. Не исключено, что фюрер мог восхищаться вовсе не ракетами, а теми вегетарианскими блюдами, которыми его потчевали во время обеда.

Позже Дорнбергер выразил свое удивление тем, что Гитлера совершенно не впечатлили ревущие звуки ракетных двигателей, сложные конструкции ракет и грандиозные планы разработчиков нового германского оружия. Но скептицизм Гитлера был вполне обоснованным. Дорнбергер и фон Браун потратили десятки миллионов марок, но за время, прошедшее после запуска ракет А-2 в декабре 1934 года, они не осуществили ни одного успешного запуска созданных ими аппаратов.