研制重型运载火箭的需求被美国与前苏联认同，尤其是1960年被谢·科罗廖夫认同。前苏联决定制造N1运载火箭，它能够同时满足民用与军用要求，有效载荷能力的40公吨到80公吨。

当科罗廖夫进行N1初步设计的时候，赫鲁晓夫做出了对所有前苏联载入月球计划都有很大影响的决定。1961年5月13日，他委托符·切洛梅设计至少能够装载一名航天员环月飞行的运载火箭与载人飞船，运载火箭将是UR500K或质子号，飞船将是[K]。

1962年3月，一个由前苏联第三位总设计师米·扬格利负责的新项目开始了。由于他的两个同事科罗廖夫和切洛梅都在负责主要工程，他建议与发动机制造者格鲁什柯合作制造一个性能与N1类似的火箭。1962年7月，N1的详细说明得到批准；它将有2200公吨重，75公吨的有效载荷能力，但它不用于月球飞船的发射。

这个阶段，前苏联并没有准备将人送上月球。在过去厚厚的荣誉记录下，前苏联拒绝相信美国的阿波罗计划将会取得实质性的胜利。然而，前苏联还是认识到了阿波罗计划的巨大进展，在谢·科罗廖夫的鼓励下，前苏联当局于1964年8月确立了两个目标。

1.在1967年到1968年间，由科罗廖夫负责的N1-L3运载火箭将把一个苏联人送上月球。

2.1967年第二季度切洛梅的UR500K(质子号)/LK1(“探测器”)载人飞船项目将实施绕月飞行任务。

两上国家战略上的差异在于美国集中在一个计划(土星/阿波罗计划)上实现两个目标，而前苏联致力于两个计划，将力量与资源分散了。

与此同时，N1计划进展颇为不顺。科罗廖夫认为液氢氧发动机是首选，而格鲁会柯反对他，宣称·氧与最好的氧化剂相差甚远，而氢的应用没有实际价值，用作燃料更是没有未来”。因此，1962年他们放弃了使用液氧的计划，虽然这个想法在1974年重新得到了认可。

科罗廖夫和N1计划同时也在与另外两个项目竞争，一个是切洛梅的从质子号派生的UR700运载火箭，另一个是扬格利的R56运载火箭，它们都曾计划使用格鲁柯的发动机，如果R56的起飞质量是1400公吨，它就能将50公吨的质量送入环地轨道。

然而，1964年10月赫鲁晓夫被解职，切洛梅因此夫去了支柱。几个月后，1965年3月，航天部改组。同年10月，科罗廖夫指挥两个月球计划。但1966年1月科罗廖夫逝世，由瓦·米申接替他的职位。随着计划的不断进展，一系列的问题随之而来，按时完成计划变得越来越不现实。这些导致了前苏联领导人与技术人员之间的关系紧张，技术人员经常被召到克里姆林宫遭受训斥，切洛梅后来评价这些“无异于对他们的虐待与侮辱”。航天计划的负责人经常受到威胁与辱骂，特别是切洛梅1965年在克里姆林宫内没有任何庇护人以后。一次参加会议回来后，他对一个同事说:“他们试图用诅咒的方式激励我们为国家做出更大的探索成就！假如他们连自酿白兰地和火箭的区别都说不清的话，他们还不如什么都不说。”

两个办公室的关系异常紧张。1965年9月13日，切洛梅的同事M·古列维奇(M.Gurevitch)在参加完一个部间会议后说:“我对切洛梅深表同情，当切洛梅演讲的时候，其他人在喋喋不休的批评，我问他们切洛梅谈到了什么敏感话题，他们立刻回答道:‘当然没有，他说的都胡话’。”

前苏联航天员的总赞助人卡马宁(Kamanin)在10月8日的日记中写道:“我刚刚读了美国总统向国传递交的美国航天计划的报告，从1954年开始，他们为航天计划投入了340亿美元的投资，给人印象深刻。我们投入的资金要少很多，而且还存在组织问题。虽然这看起来有些荒谬，但我们确实好象还没有一个专门组织航天活动的政府机构！”

当N1运载火箭的研发取得一定进展的时候，另一个庞大的工程正在距莫斯科2100千米处进行着。这就是拜科努尔，苏联三大航天中心之一。最初决定为质子号运载火箭建造两套设施，每套设施有两个发射台，但是由于预算的漏洞，只有一套设施的建设全面完成。第一个发射台的建设被美国间谍卫星监测到了，从1964年开始，到1967年建成。第二个发射台的建设从1966年2月到1968年年底。原拟每个发射台有两个145米高的枢轴服务塔，但同样由于资金原因，只有一个建成。