他們倡議建立了噴氣推進研究小組，占用莫斯科沙多沃-斯帕斯基街19號的壹間地下室，集合壹批人著手研制火箭和火箭發動機。經過艱苦努力，1933年8月17日，吉洪拉沃夫主持設計的第壹枚液體火箭，在莫斯科郊外的納哈賓諾附近試射成功。
但這離發射衛星上天還相差甚遠。當時他和科羅廖夫都很少考慮飛上月球或飛上火星的問題，因為關鍵是要研制出火箭，並獲得在大氣層內使用火箭的實踐經驗。吉洪拉沃夫所在的噴氣推進研究小組，形成了大膽探索、勇於試驗的科學精神，普遍認識到火箭具有的重要意義。那間設在沙多沃-斯帕斯基街19號的地下室，不僅是他的設計局、實驗室和試制間，而且還成了他和科羅廖夫等人攜手合作的策源地。吉洪拉沃夫在火箭取得專利後，便開始孕育開發人造衛星的思想。
1933年10月，噴氣推進研究小組與列寧格勒氣動力實驗室合並，建立了世界上第壹個噴氣科學研究所。他們面臨著工作從何著手，規劃如何搞的問題。1934年2月17日，所長克列緬諾夫和吉洪拉沃夫壹起到卡盧加去拜見齊奧爾科夫斯基，齊奧爾科夫斯基關切地了解了研究所的情況，為研究所的預研計劃擬定了壹批重要研究項目。這次會見，使吉洪拉沃夫最終選定了自己的目標：造出人造地球衛星，實現人類到太空遨遊。
1934年，在列寧格勒舉行的首屆全蘇同溫層研究會議上，吉洪拉沃夫在題為《使用火箭飛行裝置研究同溫層》的報告中，提出了借助火箭把人發射到同溫層和宇宙空間去的重要課題。但是這個設想從理論到實踐，直到衛國戰爭結束後的1945年才提上計劃日程。
戰後，吉洪拉沃夫著手人造地球衛星的研究工作。但關鍵的問題是要有運載火箭，於是他組織了壹個研究高空載人火箭飛行器方案的專家小組，進行了大量計算研究工作，證明多級火箭原則上可使重物達到第壹宇宙速度。吉洪拉沃夫對這批熱心的科技人員不作任何榮譽和物質上的許諾，而是把困難、危險和可能的失敗都毫不隱諱地告訴他們。這批有誌者並未望而卻步，他們在吉洪拉沃夫的帶領下勤奮努力，勇往直前，首先設計出了BP-190高空火箭，能把攜帶兩名乘員的密封艙發射到200千米的高空。這個設計方案在科學技術上有許多可取之處，其中許多部分後來都在宇宙飛船的結構上得到應用。
吉洪拉沃夫研制衛星的設想，特別是研制載人宇宙飛船的設想，當時遭到壹些科學家的冷嘲熱諷，有人認為這是不現實的，把吉洪拉沃夫稱作是“怪人”。但他不為所動，不改初衷。他在所內倡議組織了壹個宇航理論科學家小組，並同他們壹起著手對未來火箭和宇航技術問題進行探討。他還成立了壹個特別小組，專門探討制造和發射人造地球衛星的理論問題。他們經常工作到深夜，有時回到家裏還繼續計算，在自己家裏還保存有衛星方案設計圖。這些誌同道合者從這種“地下狀態”回到研究所，在吉洪拉沃夫的主持下制造出了液體火箭部件。
1948年6月，吉洪拉沃夫請求蘇聯炮兵學院院長布拉貢納沃夫把他的研究報告列入學院科學大會的議程。雖然布拉貢納沃夫本人完全站在吉洪拉沃夫壹邊，但因為有壹些科學家有不同意見，沒有馬上決定接受他的請求。布拉貢納沃夫最後同意，但要吉洪拉沃夫對別人的非難和嘲諷有思想準備。不出所料，有些人把他的報告譏笑為“幻想文學”，在“浪費時間”。但科羅廖夫和格魯什科支持他，並建議把他的研究成果納入研究所的計劃。1948年7月14日，吉洪拉沃夫在研究所科技委員會擴大會議上重新作了報告，但還是遭到誤解和懷疑。
經過科羅廖夫的積極爭取，在1948年的軍事彈道科學院的年會上，吉洪拉沃夫作了題為《在現代技術水平下借助多級火箭達到第壹宇宙速度和制造人造地球衛星的可能性》的報告，引起了大家的註意，人們似乎忘掉了過去的議論。科羅廖夫和格魯什科保護了這個“衛星小組”，使吉洪拉沃夫終於站住腳了。年會後不久，吉洪拉沃夫完成了二級火箭的分析，證明可以把較重的衛星送上軌道。1953年，科羅廖夫試驗設計局開展組合式火箭的試驗設計，吉洪拉沃夫和他的“衛星小組”被吸收加入這個設計局的行列，不再處在半地下狀態。
1954年，吉洪拉沃夫提出了論證人造地球衛星可行性和必要性的建議。科羅廖夫和著名科學家凱爾迪什表示贊同，科羅廖夫還專門致信蘇聯部長會議，提出開展研制人造地球衛星的實際工作。他稱贊吉洪拉沃夫的建議是研制和發射人造衛星的重要科學文獻。
第壹顆人造衛星本體和星上設備是吉洪拉沃夫主持設計的。1956年底，吉洪拉沃夫建議“衛星造得小點，簡單壹點，最好質量為30千克”。科羅廖夫支持他的建議，並於1957年1月5日向蘇聯政府寫報告建議準備兩顆衛星。第壹顆衛星命名為ⅡC（即俄文“第壹顆衛星”的縮寫），是壹個鋁合金的密封球體，直徑為58厘米，質量為83.6千克，星上裝有儀器設備和電源，殼體外側安裝4根桿狀天線。1957年初，科羅廖夫請示加快衛星發射的準備。1957年8月21日成功發射世界上第壹枚P-7洲際火箭。這時科鑼廖夫不無幽默地開玩笑說：“馬兒來了，伴侶（俄文“衛星”壹詞的意譯）在哪裏？”科羅廖夫用這種火箭改裝成“衛星”號運載火箭，而吉洪拉沃夫主持研制的CⅡ-1（CⅡ為俄文“衛星”壹詞的前兩個字母）人造衛星也告完成，馬兒和它的伴侶都有了。
1957年10月4日晚，在新建成的拜科努爾航天發射場，“衛星”號運載火箭攜帶著CⅡ-1號衛星發射升空，進入近地點215千米、遠地點947千米、傾角65度的地球軌道。它在軌道上運行92天，繞地球飛行約1400圈，於1958年1月4日再人大氣層燒毀。
吉洪拉沃夫於1974年3月4日逝世。世界上第壹顆人造衛星的誕生，使他的名字永遠在太空放射光芒。