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.