У Королева не было ни малейших сомнений в том, чем он будет заниматься в дальнейшем – безусловно, вся его жизнь будет связана с небом, с авиацией. В 1924 году он поступил в Киевский политехнический институт, где решил специализироваться по авиатехнике. Освоив за два года основные инженерные дисциплины, Королев осенью 1926 года перевелся в Московское высшее техническое училище имени Баумана. В Москве Королев успевал не только учиться: он участвовал в организации первой в стране планерной школы, которую вскоре и окончил, оставшись там инструктором, окончил летную школу, строил и испытывал планеры, а начиная с четвертого курса параллельно с учебой работал в конструкторских бюро и на авиазаводах. Однажды Королева, который изображал на доске принцип работы нового планера, увидел прославленный в будущем авиаконструктор Андрей Николаевич Туполев. Оригинальные решения студента так его впечатлили, что он немедленно взял его под свое крыло и даже стал у Королева руководителем диплома – проекта легкого самолета СК-4, названного по первым буквам имени и фамилии молодого конструктора.
В то время Королева больше всего занимал вопрос дальности полета: пытаясь найти новые принципы построения сверхдальних планеров, в 1929 году он с друзьями навестил в Калуге жившего там Константина Эдуардовича Циолковского. Прославленный ученый, одержимый идеей космических полетов, сумел за одну встречу обратить в свою веру и Королева. На прощание Циолковский подарил Сергею свою книгу «Космические ракетные поезда», в которой впервые высказал идею многоступенчатых ракет – много лет спустя именно по этому принципу (хотя способ будет сильно отличаться от предложенного Циолковским) будут строиться все космические ракеты.
Легко и сильно увлекающийся, отдающийся своей мечте целиком и без остатка, Королев загорелся идеей космических полетов так же страстно, как ранее – авиацией. Однако в то время его мечты казались обреченными остаться лишь мечтами; время показало, что даже самые сумасшедшие мечты могут сбыться…
По совету Циолковского Королев пришел в ЦАГИ – Центральный аэрогидродинамический институт, где весной 1931 года начал работать старшим инженером по летным испытаниям: в частности, Королев с товарищами отрабатывали первый советский автопилот. Но самым важным событием того времени стало знакомство Королева с Фридрихом Артуровичем Цандером: ученик Циолковского, один из организаторов Общества изучения межпланетных сообщений, он был среди первых ученых, всерьез задумавшихся о покорении космоса. Цандер уже выдвинул идею крылатой ракеты и рассчитал траекторию полета на Марс (этот полет был мечтой всей его жизни – даже своим девизом Цандер выбрал фразу «Вперед, на Марс!»), а в начале тридцатых разрабатывал ракетный двигатель – к его испытаниям активно подключился Королев.
Осенью 1931 года при Осоавиахиме в Москве и Ленинграде были организованы Группы по изучению реактивных двигателей и реактивного летания (ГИРД), объединившие на общественных началах энтузиастов ракетного дела: в шутку сами гирдовцы расшифровывали аббревиатуру как «Группа инженеров, работающих даром». Поначалу Королев возглавлял бригаду, занимавшуюся конструированием летательных аппаратов, а уже в мае 1932 года стал во главе группы. При нем ГИРД работал удивительно активно: были созданы жидкостной ракетный двигатель ОР-2 и работающий с ним ракетный планер РП-1, а так же ракета на жидком топливе ГИРД-Х, послужившая прототипом для многих советских ракет позднего времени. А благодаря агитационной работе членов группы отделения ГИРД появились во многих городах страны. Королев был, что называется, харизматичным лидером: его увлеченность, целеустремленность и вера в то, что он сможет добиться всего, заражали всех вокруг. Такой работоспособности, какой обладал Королев, можно было только завидовать: он был готов работать по 20 часов в сутки и всегда жалел, что приходится тратить бесценное время на сон. Он умел быть жестким и строгим, требовал неукоснительной дисциплины, лично влезал во все мелочи и детали всех разрабатываемых его группой проектов: если многие руководители требовали лишь выполнения плана и соблюдения инструкций, Королев всегда прекрасно разбирался во всем, что происходило с его подчиненными – от творческих замыслов до личных проблем.