Вернувшись из Крыма в Москву, Королёв получил свидетельство пилота.

В те годы самыми крупными отечественными авиационными конструкторами были Дмитрий Павлович Григорович, Николай Николаевич Поликарпов и Андрей Николаевич Туполев. В 1929 году Григоровича осудили по делу контрреволюционной вредительской организации в авиапромышленности. Кроме него, был арестован Н. Н. Поликарпов, а также два десятка ведущих авиационных специалистов. Среди них: И. М. Косткин, А. Н. Седельников, П. М. Крейсон, А. В. Надашкевич, Б. Ф. Гончаров, В. В. Калинин, В. Л. Коровин.

Существовал пятилетний план опытного самолетостроения всей страны, выполнять его надо было любой ценой. Но специалисты сидят в Бутырке. Значит, КБ будет организовано там же, в тюрьме. И название КБ дали подходящее – ВТ, что расшифровывалось, как «внутренняя тюрьма». Это была одна из первых «шарашек», как называли такие конструкторские бюро.

Руководителям ОГПУ пришла блестящая, с их точки зрения, экономически оправданная идея. Решено было создать большое и мощное конструкторское бюро, способное соперничать с КБ Туполева и с Центральным аэрогидродинамическим институтом (ЦАГИ), и в сжатые сроки создавать новые самолеты. На базе завода «Авиаработник» было организовано ЦКБ – Центральное конструкторское бюро имени В. Р. Менжинского. Начальником ЦКБ был назначен чекист Анатолий Георгиевич Горянов, ничего не смысливший в авиации человек. Заместителем ему определили авиационного инженера Арама Назаровича Рафаэлянца. Должности главного конструктора в ЦКБ не существовало. Решения в технических спорах принимал техсовет из двадцати человек, в основном осужденных по статье о «вредительстве». Осужденные жили в ангаре № 7 на территории завода. Кроме них, в 1930 году работало около трехсот свободных специалистов. Королёв состоял в моторной группе ЦКБ.

В это же время Сергей Павлович самостоятельно строит планер СК-3 и авиетку СК-4. Первым помощником становится его отчим. В этот раз Королёв поставил перед собой гораздо более сложную задачу. Он хотел создать одноместный планер, на котором можно будет выполнять фигуры высшего пилотажа. Но это не все. Молодой конструктор хотел на этом планере измерять возникающие при пилотировании перегрузки.

В Осовиахиме утвердили аэродинамические и весовые расчеты СК-3 и выделили деньги на рабочие чертежи и строительство. Теперь каждый вечер дома у Королёва работало по два-три человека. Среди них Петр Флеров, старый друг, разрабатывавший систему управления планером.

Строили СК-3 там же, где и предыдущий планер – на Беговой, под навесом коновязи.

Летом 1930 года Королёв закончил школу летчиков и получил свидетельство пилота.

Планер СК-3 «Красная звезда» принимал сам Сергей Владимирович Ильюшин, возглавлявший технический комитет. Ильюшин сделал единственное замечание – велел переделать один ролик. Его заменили. «Красная звезда» была принята.

Одновременно Королёв строил авиетку. Он хотел добиться, чтобы самолет мог совершать длительные перелеты – по 12 часов в воздухе. Сергей гонял по Москве на своем черно-зеленом мотоцикле «Дерад», искал мотор в 100 лошадиных сил и другие материалы. Несмотря на «талант снабженца», удалось добыть только 60-сильный «Вальтер». Решил поставить на авиетку пока этот двигатель, потом, если достанет другой, поменять.

Разрываясь между планером и авиеткой, Сергей внезапно бросает все и уезжает в Донбасс, в Алчевск, к Ляле Винцентини. Она закончила Харьковский медицинский институт. С того дня, как Ляля на Торговой лестнице отказалась стать женой Сергея, прошло несколько лет. Все это время он не терял ее из виду. Сергей приезжал в Одессу, Харьков. Работая, он не забывал о ней. Проекты менялись, заканчивался один, начинался новый. Ляля же оставалась. Сергей, теперь уже не молчаливый паренек, а известный планерист, летчик, инженер, часто звонил ей. Ревновал. И вот, наконец, приехал. Еще одно объяснение. Она согласна.

Сергей возвращается в Москву. Планер СК-3 отправили в Крым. Другой, СК-4 закончен и привезен на аэродром. Самолет пилотировал Кошиц, Сергей полетел вместе с ним. Авиетка разбегалась долго, мощности мотора было маловато, винт тяжеловат, но машина взлетела! Сделали два круга и пошли на посадку. Приземляясь, погнули ось колес. Но это были мелочи. Счастливый Сергей оставил Флерову ремонтировать авиетку, а сам поехал в Крым.

В Крым Кошиц и Королёв ехали на мотоцикле. В этот раз в Коктебель Сергей привез собственный, выполненный без соавтора, планер. Сергей, влюбленный в свою машину, старался быть беспристрастным к проектам других конструкторов. Олег Антонов привез «Стандарт» – хороший планер, Сергею понравились «Скиф» Тихонравова, Вахмистрова и Дубровина, «Гриф» Жемчужина, Томашевича и Сорочинского.

Пилотировать СК-3 должен был Василий Степанчонок. Сергей сделал на своем планере четыре тренировочных полета. Что-то не ладилось. Планер парил хуже, чем рассчитывал Королёв, погода ухудшилась. А через несколько дней Сергей заболел: болела голова, ставшая удивительно тяжелой, тело бил озноб. Королёва положили в больницу – брюшной тиф. Сергей лежал в бреду, а в это время Степанчонок выполнил на «Красной звезде» три «мертвых петли».

В Феодосию приехала Мария Николаевна. У Сергея началось осложнение после тифа – воспаление среднего уха. Местный врач боялся делать операцию. Сергея повезли в Москву. Он был уже совсем плох, когда его доставили во 2-ю университетскую клинику. Операцию Сергею делал профессор Свиржевский, ни много ни мало – трепанацию черепа. Потянулись долгие дни в больнице. Потом последовала выписка, но выйти на работу Королёв не смог – очень плохо себя чувствовал. Его временно перевели на инвалидность. Денег не было, пришлось даже продать мотоцикл.

Окончательно пришел в себя Королёв весной. Тогда же и вернулся в ЦКБ. Заканчивались работы над новым тяжелым бомбардировщиком ТБ-5. Прошел слух, что если самолет будет удачным, то осужденные конструкторы попадут под амнистию.

В мае 1931 года посмотреть на новый бомбардировщик приехал сам нарком Ворошилов. Летчик-испытатель Бухгольд, когда Ворошилов спросил его о бомбардировщике, сказал, глазом не моргнув, что считает ТБ-5 шедевром мировой авиации. Соврал, чтобы не подвести КБ. Бомбардировщик ТБ-3, который создавал в это время Туполев, по всем параметрам должен был превзойти ТБ-5. Так и вышло: в серийный выпуск запустили самолет Туполева. А участникам «шараги» постепенно возвращали свободу. Сначала им позволили видеться с семьями, потом выходить в город, ночевать дома. Хотя фактически амнистии как таковой им не дали, просто отпустили.