苏联在研制洲际导弹的过程中，火箭技术有了极大的发展。他们同时进行人造地球卫星的研制工作。1955年，苏联成立了“人造地球卫星委员会”，负责组织研制工作。1957年，他们研制的火箭速度已达每秒8千米，已具有摆脱地球引力飞出地球的轨道速度。齐奥尔科夫斯基的航天计划可以实施了。
1957年10月4日，苏联用两级火箭成功地发射了第一颗人造地球卫星。这颗被命名为“斯普特尼克”（Sputnik）的卫星实际上只是一个空心小球，它重83.6千克，直径58厘米，中间装有一个能发射电码的发报机，以证明卫星的存在。这颗卫星在轨道上运行了92天，绕地球飞了约1400圈。卫星上天宣告了航天时代的到来，也宣告了苏联在航天技术方面遥遥领先。
第一颗卫星一上天，世界各地的监测站便立即收到了来自太空的电码。正当各国科学家纷纷向苏联表示祝贺时，美国却乱成一团。苏联成功发射卫星的消息一传到美国，举国上下为之震惊。社会各界纷纷指责政府的无能和失策，媒体掀起了一场声讨美国政府的空间技术政策的运动，政界一片慌乱。美国的航天技术基础本来比苏联雄厚，但战后政府认为自己拥有核武器，又有高速飞机，无须大力发展空间技术。后来虽然调整了政策，但起步已晚，让苏联占了先。
正当美国人乱成一锅粥，政府要员到处演讲，声称要立即在空间技术上赶上苏联时，苏联又于12月4日发射了第二颗卫星。这一次，卫星不但重了许多（达500千克），而且在上面装了一只名叫“莱伊卡”的小狗。美国人真急了。艾森豪威尔总统立即制订了一系列计划，成立了各种专门委员会和机构，集中人力物力研制卫星。由于急于求成，12月6日，美国由海军试发射了一颗卫星，但只上升了2米就爆炸了。
1958年1月31日，由陆军的导弹顾问冯·布劳恩设计的“丘比特-C”火箭将美国的第一颗人造地球卫星“探险者1号”送上了轨道。这颗卫星只有8.3千克，远比不上苏联的第一颗卫星，但美国人能在这么短的时间内就突击将卫星送上天，也反映了它雄厚的技术基础。
美苏的空间竞赛拉开了序幕。1958年是热闹非凡的一年。3月15日，苏联发射了第三颗卫星。美国紧随其后，也发射了一颗“先锋1号”卫星。7月，美国成立了国家航天局，开始研究载人飞行问题。10月11日，美国发射了“先驱者1号”，12月18日，又发射了“成功计划”。苏联一路领先，于1959年1月2日发射了第一颗人造行星“梦想1号”，又一次将美国甩在后头。3月3日，美国也发射了一颗人造行星“先驱者4号”。9月12日，苏联发射的“梦想2号”在月球硬着陆（撞在月球上），使月亮上第一次出现了人造物体。1960年10月4日即第一颗人造地球卫星上天三周年的日子，苏联发射了“梦想3号”，使之成为月球的卫星。8月10日，美国成功地回收了卫星。8月15日，苏联也将载有两条狗等动植物的“太空舱2号”卫星回收。在这阶段的竞赛中，苏联一直跑在前面。
