В последний год своей жизни Королёв использовал призрак «Аполлона» для получения поддержки у высших советских политических руководителей, но всегда сталкивался с сопротивлением своего давнего соперника Валентина Глушко. Они вели ожесточенные споры по поводу конструкции Н-1. Королёв осознавал, что новой ракете нужны мощные двигатели, чтобы поднять на орбиту проектируемый груз весом более сотни тонн. Следовательно, он выступал за разработку двигателей, работающих на топливе из смеси жидкого кислорода и жидкого водорода. По его представлению, эта охлажденная до низких температур криогенная смесь создавала оптимальную подъемную силу для ракеты Н-1. Его сильный соперник Глушко был убежденным сторонником долго сохраняющегося ракетного топлива, такого как азотная кислота, и утверждал, что криогенное топливо по своей природе нестабильно. Тогда, в 1962 году, Королёв победил в этом ожесточенном споре, и его подход получил официальное одобрение. Тогда Глушко отошел от проекта Н-1, и его отношения с Королёвым стали весьма натянутыми. Со временем Глушко перешел к Челомею, где работал над двигателем РД-253 для ракеты-носителя «Протон». Оказавшись в безвыходном положении, Королёв обратился тогда к Николаю Кузнецову, конструктору авиационных турбореактивных двигателей, чтобы тот спроектировал и создал двигатели для Н-1. У Кузнецова была репутация талантливого конструктора, но ему не хватало знаний и опыта Глушко. Внутренняя борьба продолжалась до 1965 года, когда Королёв прилагал усилия, чтобы проект Челомея ЛK-1 был закрыт. Королёв добился того, чтобы вместо этого проекта был создан корабль Л-1, который в итоге был отправлен на окололунную орбиту. Л-1 — модифицированная версия космического корабля «Союз» запускалась с помощью трехступенчатой ракеты Челомея «Протон», ставшей первой советской ракетой-носителем, прототипом которой не была военная ракета.
По мере того как полеты «Аполлона» подбирались все ближе к Луне, почтенный «Союз» послужил для еще одного яркого космического представления. В январе 1969 года «Союз-4» и «Союз-5» произвели стыковку на орбите, и два космонавта совершили захватывающий переход из одного космического корабля в другой. Серия космических «Зондов» была спроектирована на основе конструкции «Союза» и стала еще одним созданием русских в конце 60-х годов. Непилотируемые «Зонды» представляли значительное достижение космической навигации и намекали на далеко идущие планы русских совершить облет Луны или даже совершить на нее посадку. «Зонд-5» поставил новый рекорд, облетев Луну и вернувшись на Землю в сентябре 1968 года, всего лишь за несколько месяцев до исторического полета «Аполлона-8». Непилотируемый космический корабль сделал снимки Земли, находясь над лунной поверхностью. В ноябре «Зонд-6» сделал серию замечательных снимков обратной стороны Луны. Аппараты «Зонд» наводили на мысль о том, что русские всерьез готовятся к пилотируемому полету на Луну. Чрезвычайно важным компонентом любой советской пилотируемой миссии к Луне была ракета-носитель Н-1. Состыкованная с модулем Л-3, ракета-носитель Н-1 была огромной по своим размерам: ее длина была 105 м, и ее вес был свыше 2700 т. Высота Н-1 была почти такой же, что и высота «Сатурна V», которая составляла 111 м. Однако и внешне, и конструктивно Н-1 была совершенно иной, имея другие очертания и соединения между ступенями. Первая ступень Н-1 представляла собой сложную систему из 30 двигателей с предполагаемой силой тяги в 4500 т; вторая ступень имела восемь двигателей, третья — четыре, все они работали на летучей смеси жидкого кислорода и керосина. Создаваемая в спешке и имевшая ракетные двигатели, созданные неопытным Кузнецовым, Н-1 была обречена на катастрофу. Драматическое испытание Н-1 состоялось на Байконуре 21 февраля 1969 года. Запуск был назначен, хотя двигатели не прошли полного наземного испытания. Двигатели включились, первая ступень взревела, охватив дымом и пламенем стартовую площадку, и весь полигон содрогнулся. Но через 80 секунд полета двигатели первой ступени заглохли, и ракета врезалась в землю в 100 км от стартовой площадки. Злополучная супер-ракета взорвалась в пустынной окрестности Байконура. Второй запуск Н-1 состоялся 3 июля, и ракету поглотило пламя через несколько секунд после старта. Взрыв второй ракеты Н-1 покончил со всякими надеждами русских совершить полет вокруг Луны и не отстать от американской программы «Аполлон». Два дополнительных запуска Н-1, также неуспешных, произошли в июне 1971-го и в ноябре 1972 года, и этот неудачный эксперимент в ракетостроении закончился.