13 февраля 1953 года было принято постановление правительства об исследованиях по созданию двухступенчатой баллистической ракеты. В 1954 году НИИ-88 приступил к работам по теме «Т-1»: «Теоретическое и экспериментальное исследование по созданию двухступенчатой баллистической ракеты с дальностью полета 7000–8000 км». Параллельно велась тема «Т-2»: «Теоретические и экспериментальные исследования по созданию двухступенчатой крылатой ракеты с большой дальностью полета».

Обе темы прорабатывались очень тщательно. Крах проекта «Р-3» вследствие необоснованного выбора общих параметров ракеты сделал всех осмотрительными. Королев понял, что второго подобного провала ему уже не простят, и двигался к цели с предельной осторожностью. Впрочем, с принятием на вооружение «Р-2» его положение в качестве главного конструктора сильно укрепилось. По инстанциям прошло представление его на Сталинскую премию. Хотя указанные премии в том году не присуждались (из-за смерти Сталина), главных конструкторов не оставили без наград, выделив им дополнительные вакансии членов-корреспондентов Академии наук.

20 мая 1954 года ОКБ-1 Сергея Королева приступило к проектированию баллистической ракеты большой дальности «Р-7». Задание на разработку крылатых ракет большой дальности было выдано на конкурсной основе ОКБ-301 Семена Лавочкина (проект «Буря») и ОКБ-23 Владимира Мясищева (проект «Буран»).

Для разработки боевого ракетного комплекса «Р-7» был сформирован Совет главных конструкторов, председателем которого назначили Сергея Королева. Кроме него в совет вошли главные конструкторы основных систем. Проектированием ЖРД занимался главный конструктор ОКБ-456 Валентин Глушко. Стартовый комплекс создавал главный конструктор ГСКБ «Спецмаш» Владимир Бармин. Командные приборы (гироскопы) разрабатывал главный конструктор НИИ-944 Виктор Кузнецов. Системой радиокоррекции траектории полета занимался главный конструктор НИИ-885 Михаил Рязанский. Автономной инерциальной системой управления — Николай Пилюгин, работавший главным конструктором того же института в другие годы (позже Пилюгин возглавил НИИ автоматики и приборостроения).

Валентин Глушко уже имел опыт разработки большого кислородно-керосинового двигателя «РД-110». Для двигателей «Р-7» были выбраны те же компоненты, а не применявшийся на первых баллистических ракетах спирт. В январе 1954 года на Совете главных конструкторов было принято решение об использовании унифицированного ЖРД для всех блоков ракеты «Р-7».

Выбор топлива определился, во-первых, тем, что из известных и обеспеченных производственной базой окислителей, по которым был накоплен достаточный опыт эксплуатации, наибольший удельный импульс мог обеспечить только жидкий кислород. Во-вторых, горючее должно быть более калорийным, чем спирт, при этом также хорошо освоенным. Таким был керосин. По термодинамическим характеристикам он позволял обеспечить достаточный уровень экономичности, но его использование в качестве горючего для ЖРД вызывало необходимость преодолеть серьезные трудности: температура продуктов его сгорания в кислороде почти на 1000К выше, чем у водных растворов спирта, в то время как охлаждающие свойства намного хуже. А именно горючим приходится охлаждать стенки камеры, если в качестве второго компонента — окислителя — используется кислород. Задача охлаждения осложнялась еще тем, что для обеспечения оптимальных характеристик двигателя необходимо было поднять давление газов в камере по крайней мере в два раза по сравнению с достигнутым на спиртовых двигателях.