Проработки были завершены к 15 мая 1958 года, и 16 сентября Королев направляет в Академию наук и главным конструкторам письмо «О создании ИСЗ с человеком на борту», в котором впервые указываются контрольные сроки реализации новой космической программы: 3 квартал 1959 года — эскизный проект, 1960 год — пуски первых образцов космических аппаратов.

В ноябре 1958 года Совет главных конструкторов поддержал предложение Королева. И тогда же начались работы по проектированию пилотируемого спутника.

Роль главного проектанта выполнял инженер-конструктор и будущий космонавт Константин Феоктистов. Серьезную помощь в этой работе ему оказывал и Михаил Тихонравов.

В апреле 1959 года ими был выпущен секретный «Эскизный проект корабля Восток», а в мае появились первые баллистические расчеты с вариантами спуска с орбиты.

В качестве ракеты-носителя была выбрана межконтинентальная ракета «Р-7» с дополнительным ракетным блоком (третьей ступенью), получившим обозначение «Е».

Создание трехступенчатой ракеты-носителя на базе «Р-7» предусматривалось постановлением правительства от 20 марта 1958 года с целью достижения второй космической скорости и доставки лунной станции на Луну (первый вариант) или облет ею Луны (второй вариант).

Эскизный проект «Блока Е» был выпущен в 1958 году. Он имел начальную массу 8 тонн, массу полезной нагрузки — 350–450 килограммов, тягу двигателя — 5 тонн. Стабилизация «Блока Е» осуществлялась по командам автономной системы управления специальными соплами, работающими на отработанном газе после турбонасосного агрегата. Впервые предусматривалось поперечное деление ступеней ракеты с запуском двигателя в условиях космического пространства.

Работа по созданию двигателя для «Блока Е» проводилась совместно ОКБ Семена Косберга и ОКБ-1 (группа Михаила Мельникова). Систему управления блока разрабатывал НИИ под руководством Николая Пилюгина. Первый пуск ракеты-носителя с лунной станцией «Е-1» состоялся 23 сентября 1958 года. Однако полет завершился аварией ракеты на 87-й секунде полета из-за возникновения возрастающих продольных колебаний. При повторном пуске 12 октября 1958 года ракета опять потерпела аварию на 104-й секунде по той же причине. Физика этого явления была выяснена, и впервые в мировой практике ракетостроения появился демпфер продольных колебаний, встроенный в топливную магистраль двигательной установки.

Пуск 4 декабря 1958 года вновь завершился аварией на 245-й секунде полета из-за дефекта мультипликатора насоса перекиси водорода.

Успех пришел к новой ракете только 2 января 1959 года — старт и полет всех трех ступеней завершились благополучно.

И хотя главную задачу запуска (а согласно программе лунных исследований, аппарат «Е-1» должен был упасть на Луну) выполнить не удалось, советские конструкторы имели все основания торжествовать. При кажущейся скромности габаритов «Е-1» (полезная нагрузка составила всего 361 килограмм) специалистам было понятно, что ракета «Р-7», снабженная третьей ступенью, уже способна вывести на околоземную орбиту контейнер весом в пять тонн. Этого было вполне достаточно для начала экспериментальных пусков с участием человека.

Однако и в Советском Союзе нашлись противники пилотируемой космонавтики. Многие высшие военные не понимали, зачем нужен полет человека в космос, когда превосходство СССР в области космических исследований и так уже всем очевидно. В условиях обоюдостороннего наращивания ракетно-ядерного потенциала расходование сил и средств на «бессмысленный» орбитальный запуск казалось чуть ли не «вредительством».

Помощь пришла с неожиданной стороны. Борис Черток вспоминает:

«Выходить наверх с предложением о полете человека можно было только при поддержке военных: каждая ракета Р-7, необходимая для новых программ, так или иначе шла за их счет.