В 1926 году его родители переехали в Москву. В первом же письме Мария Николаевна написала сыну, что в Московском высшем техническом училище есть авиационное отделение и лекции там читают профессора А. Н. Туполев, В. П. Ветчинкин, Б. Н. Юрьев, Б. С. Стечкин, другие корифеи авиационной науки. Королев озадачился: это то, чего ему хотелось, то, что необходимо уже сейчас. Размышлял недолго: если добиться перевода, никакой потери не будет. Так и порешил. Заявление с просьбой о переводе встретили с пониманием. Вскоре его зачислили на 3-й курс МВТУ. И вновь «машина времени» набирает свои обороты, он занимается в лабораториях, по-прежнему увлекается планеризмом и при первой же возможности мчится в Горки Ленинские, в планёрный клуб. Летал на планёрах, помогал другим осваивать парящие полеты, его уважали и ценили, назначили заместителем начальника планёрной школы.
Он мечтал стать участником Всесоюзных планёрных соревнований в Крыму. И стал им. Впервые в знаменитый Коктебель Сергей Королев приехал осенью 1927 года. Летом 1928 года снова был учлетом, пробовал управлять планёрами «Кик» и «Дракон», затем вместе с С. Н. Люшиным задумал построить свой — «Коктебель».
Оба они — Королев и Люшин — учились в МВТУ, были страстными планеристами, своему детищу отдавали не только свободное время, но и всю скудную студенческую стипендию. Ее не хватало, потому и добавляли все, что удавалось заработать. Споры, несогласия, переделки, стремление сделать все так, чтобы было верно, прочно и минимального веса, и конечно же — скрытая надежда: чутье не подведет. Увы, все обернулось иным. Представленный на «обозрение» планёр вызвал разноречивые мнения конструкторов и членов технического комитета. Были скептики, которые заявляли: «Не взлетит», были сомневающиеся: «Тяжеловат». Тщательные и придирчивые осмотры, проверка центровки, правильности расчетов. После долгих сомнений был назначен официальный пилот-испытатель. Им вызвался стать Константин Константинович Арцеулов, опытнейший летчик, чье мнение ценилось очень высоко.
…Выжженные солнцем пологие склоны гор, синее небо, свежий ветерок со стороны моря, вереница планёров, привезенных на лошадях с товарной станции Феодосии, палатки и загорелые люди, говорящие на своем, понятном только им жаргоне: «растяжки», «на хвосте», «натягивай», «клюет», «заноси», «сдельная нагрузка», «амортизаторы»…
Королев, взволнованный и озабоченный, подошел к Арцеулову и сказал:
— Спасибо вам!
— За что? — с удивлением поднял глаза Константин Константинович. — Полета ведь еще не было.
— Надеюсь, что будет. — Голос Королева чуть дрогнул. — Надеюсь.
— Надеяться надо всегда. И верить!
— За то, что вы поверили в нас, я и говорю спасибо. — Королев держал голову высоко, широкие плечи облегала полотняная рубаха с расстегнутым воротом, руки в царапинах и ссадинах.
— Да, поверил…
Арцеулов занял место в кабине и поправил ремни.
Королев напрягся. Ему бы сесть в кабину, и самому…
— На амортизаторе! — командует Арцеулов после минутной задержки.
— Готовы! — звучит в ответ.
И наконец долгожданное: «Пускай!»
Арцеулов опроверг пророчества скептиков. Да и журнал «Вестник Воздушного Флота» высоко отозвался о планёре «Коктебель»:
«Планер выделяется прекрасными аэродинамическими качествами. Несмотря на значительно большую, чем у всех других планеров, удельную нагрузку, он летал нисколько не хуже своих более легких конкурентов. Обладая большой горизонтальной скоростью и естественной устойчивостью, планёр весьма послушен в управлении…»
20 октября на «Коктебеле» Арцеулов установил рекорд дальности полета, пройдя по сложному маршруту, который ранее никому не удавалось преодолеть.
Осенью 1929 года довелось летать на планере собственной конструкции, построенном к тому же своими руками, и Сергею Королеву. В один из дней 22-летний планерист совершил выдающийся по продолжительности полет — свыше четырех часов. Приземлился и не поверил: «Неужто целых четыре? Я там не смотрел на часы, но время пролетело незаметно. Наверное, можно в следующий раз и прибавить».
Говорят: строительство самого огромного сооружения начинается с первой лопаты земли, вынутой под фундамент. Путь к созданию космических ракет и кораблей начинался с маленького летательного аппарата, придуманного талантливым инженером и собранного, склеенного умелыми руками мастерового человека. Без таланта и мастерства дело не пойдет. Созданный Королевым планер «Красная звезда» был первым в мире аппаратом, специально спроектированным для выполнения фигур высшего пилотажа, и действительно впервые обеспечил их выполнение в свободном парящем полете. Его авиетка СК-4 имела рекордные для легкого самолета весовые показатели. Планер СК-6 стал первым планером, целиком построенным из нового тогда сплава «электрона». А двухместный СК-9 отличался повышенной прочностью конструкции и предназначался для особых экспериментальных исследований.