Трудности с разработкой двигателя мощностью 9,8 кН задержали старт третьей опытной ракеты, обозначенной индексом А-3, на несколько лет. Скорейшей реализации проекта препятствовали главным образом затруднения в производстве камеры сгорания из алюминиево-магниевого сплава (Hydronalium), устраненные освоением метода дуговой сварки в инертном газе; затем частые прогорания камеры, вызванные неравномерным сгоранием топлива и неэффективным охлаждением (составляющие горючего впрыскивались в камеру с двух сторон). Этот тупик удалось преодолеть только с изобретением центрального впускного клапана, расположенного в головке камеры сгорания и обеспечивающего хорошее распыление топлива (мощность двигателя возросла на 9,85 кН). Однако такой способ подачи топлива вызвал очередные технические проблемы. Стендовые испытания, во время которых обе части топлива подавались в камеру сгорания турбонасосами, показали, что он ведет к нестабильному горению. Пришлось вернуться к невыгодному с точки зрения экономии массы, но относительно надежному способу подачи горючего под давлением.
Новая ракета имела длину корпуса 7,65 м, максимальный диаметр 760 мм и взлетный вес 750 кг. Она оснащалась простой инерциальной системой наведения фирмы «Kreisgeraete GmbH» (Берлин-Бриц) и молибденовыми газовыми рулями. Стендовые испытания системы начались в Куммерсдорфе в 1936 году. Ракета имела узкий корпус, в котором разместились баллон с жидким азотом пневмосистемы подачи топлива (внутри баллона имелась спираль радиатора для лучшего испарения газа), бак с жидким кислородом, контейнер с тормозным парашютом и цистерна с этанолом, внутри которой находилась почти двухметровая алюминиевая камера сгорания. Корпус венчал кожух конической формы, под которым были размещены аккумуляторы, тахометр, термометр, датчики нагревания обшивки, динамического давления и давления в камере сгорания (достигало величины 1,4 МРа), показания которых во время полета снимала миниатюрная кинокамера. Система стабилизации состояла из трех основных и трех корректирующих гироскопов. Хвостовая часть корпуса имела четыре длинных, тонких стабилизатора, не доходящих до среза сопла на 200 мм и оборудованных на концах кольцами из эластичной пластмассы (с целью снижения вибрации).
Куммерсдорфское ракетное бюро довольно долгое время занималось поисками нового испытательного района, но не могло подыскать подходящего места. Только в апреле 1936 года военно-воздушные силы по просьбе фон Брауна за 750 тысяч марок приобрели район на острове Узедом, который вместе с островом Волин образует северную сторону Штеттинского залива. С августа 1936 года здесь начались земляные работы. В том же году было развернуто строительство комплекса, который получил наименование «Тылового артиллерийского парка Пеенемюнде» (Heimat Artilleriepark Peenemuende — НАР), а затем — «Армейского испытательного центра Пеенемюнде» (Heeres Versuchanstalt Peenemuende), в которое было вложено 20 миллионов марок.
Новая база имела ряд преимуществ. Она находилась в стороне от густонаселенных областей и испытания могли проходить в обстановке строгой секретности. С острова можно было выстреливать ракеты в северо-восточном направлении на дальность 300 км, причем полетный коридор целиком лежал над морем, но вся трасса находилась в зоне наблюдения с двух островов, расположенных поблизости от места старта — Рюген и Грайфсвальдер-Ойе.
Альберт Шпеер так описывает свои отношения с коллективом этого учреждения: «Зимой 1939/40 года я установил тесный контакт с сотрудниками ракетного центра в Пеенемюнде. Сперва я разрабатывал для них только строительные проекты. Мне очень нравилось общаться с группой молодых, далеких от политики ученых, которую возглавлял реально мыслящий и привыкший смотреть далеко вперед Вернер фон Браун. Сложилась весьма непривычная ситуация: нескольким молодым и еще неопытным людям поручили претворить в жизнь проект стоимостью в сотни миллионов марок. По-отечески заботливый полковник Вальтер фон Дорнбергер избавил специалистов от бюрократических препон и создал все условия для разработки ими совершенно утопических на первый взгляд идей» (10, с. 489).
Уже в апреле 1937 года первые 80 специалистов-ракетчиков были переведены из Куммерсдорфа в Пеенемюнде, но условия для проведения летных испытаний на новом месте еще отсутствовали. По этой причине армия быстро соорудила импровизированный испытательный полигон на острове Грайфсвальдер-Ойе, где в начале тридцатых Й. Винклер хотел провести пуск своей жидкостной ракеты, но не сумел преодолеть сопротивление властей, беспокоившихся за сохранность местного маяка. Для армии, понятно, таких ограничений не существовало. Там оборудовали укрытия для наблюдателей и стартовой команды, а также пусковую рампу с башенкой для обслуживающего персонала и с монтажными площадями. В начале декабря 1937 года первую ракету А-3 подготовили к пуску с рампы острова Грайфсвальдер-Ойе.
Серия из четырех летных испытаний принесла далеко не такие успешные плоды, как пуск «Макса» и «Морица». На первой ракете — А-3/1, выпущенной 4 декабря, через три секунды после старта самопроизвольно сработала парашютная система и раскрывшийся тормозной парашют начал уводить ракету с траектории. Через 6,3 секунды полета мотор заглох и ракета, спускаясь на полусгоревшем куполе, упала в 270 метрах от места старта и взорвалась.
Такая же судьба постигла А-3/2, выпущенную 6 декабря — примерно через 3 секунды после успешного старта на борту- ракеты снова открылся парашют: его действие имело следствием падение и взрыв. И на А-3/3 преждевременно открылся парашют, оторвался от корпуса, а ракета после отказа двигателя упала в Балтийское море и взорвалась. То же произошло с А-3/4, стартовавшей 11 декабря. Вначале ответственность за происшедшие аварии возложили на тормозную систему, однако впоследствии выяснилось, что во всех четырех случаях аварию спровоцировала система управления. Ее основные органы все еще не были способны компенсировать воздействие бокового ветра, если его скорость превышала 4 м/с.
О том, что А-3 имеет совершенно неудовлетворительные стабилизаторы, фон Браун узнал еще в июле 1936 года, когда первую ракету подвергли продувке в аэродинамической трубе одного из политехнических институтов. И все же конструктор возлагал главную надежду на газовые рули, способные обеспечить управление на взлете, когда ракета имеет малую скорость и аэродинамические стабилизаторы еще не работают. Поэтому на А-3 сохранили их первоначальный профиль.
С результатами проб в аэродинамической трубе пришлось считаться при проектировании последующих образцов ракет. Первым таким образцом стал проект А-4, впоследствии известный под обозначением V 2 — дальняя ракета со взлетным весом, превышающим 12 тонн и радиусом действия 250 км, способная доставить к цели тонну взрывчатки. Группа специалистов-ракетчиков из Куммерсдорфа начала проектные работы еще в 1936 году (тогда их было уже более 50 человек, главным образом гражданских лиц).
Однако печальные результаты летных испытаний А-3, проблемы с созданием двигателя мощностью 245 кН, и мизерный опыт эксплуатации ракет со сверхзвуковой скоростью полета привели к решению вначале построить еще одну, меньшую по размерам, опытную ракету. На последней надо было проверить правильность аэродинамического решения А-4 и заодно опробовать некоторые ее узлы и агрегаты. Новая ракета, проекциями схожая с А-4, но значительно меньших размеров, получила обозначение А-5. Внутреннее устройство она унаследовала от А-3, но имела несколько большие диаметр корпуса — 860 мм и взлетный вес — 900 кг. Значительно более тщательно было проработано хвостовое оперение (стабилизаторы больших размеров, с иным профилем и более толстые, так что их не требовалось укреплять, как на А-3). Стабилизаторы снабжались аэродинамическими рулями. Доработали и систему управления: молибденовые плоскости газовых рулей заменили графитовыми. Двигатель все еще находился внутри бака с этанолом.
Поскольку А-5 должна была стать первой сверхзвуковой ракетой, потребовалось переработать парашютную тормозную систему. Для сброса скорости до величины, при которой мог раскрыться основной тормозной парашют, использовался ленточный парашют, разработанный специально для проекта А-5 авиационным институтом графа Цеппелина в Штутгарте (выпускался в верхней точке траектории и снижал скорость ракеты со 100 м/с до 20 м/с; с раскрывшимся основным парашютом скорость снижения не превышала 5 м/с.
Поскольку в то время в Германии не существовало ни одной сверхзвуковой аэродинамической трубы, выверку летных характеристик А-5 производили на уменьшенных вариантах ракеты, запускавшихся с самолетов. В 1938 году на острове Грайфсвальдер-Ойе провели четыре летных испытания А-5, правда, без системы управления и парашюта, еще не готовых к эксплуатации. Все пуски прошли успешно, а участвовавшие в них опытные экземпляры достигли сверхзвуковой скорости. С марта 1939 года на Грайфсвальдер-Ойе и Пеенемюнде были произведены множество пусков этих уменьшенных моделей с различными типами стабилизаторов.
В сентябре 1939 года, уже после начала Второй мировой войны, удалось осуществить три старта полностью снаряженных ракет А-5. Во время первых двух ракеты достигли высоты 8 километров и приводнились на парашютах на поверхность Балтийского моря, откуда их выловили корабли. Третья ракета впервые взлетела не вертикально, а под углом 45 градусов. Так впоследствии должны были взлетать боевые ракеты (А-5 в то время имела радиус действия 18 км).
Между тем в Куммерсдорфе с 1936 года продолжались интенсивные работы над наиболее важным элементом будущей серийной ракеты — надежным двигателем. Работавший над этой проблемой коллектив, которым руководил доктор В. Тиль, продвигался вперед слишком медленно. Поскольку разработчики исходили из наличия стальной камеры сгорания, они должны были решить не только надежный способ ее охлаждения (прорабатывался вопрос о регенеративном охлаждении, а также охлаждении внутренней поверхности камеры пленкой испаряющегося этанола), но и проблемы с поступательным увеличением мощности двигателя, безотказным сгоранием топлива и т. д. Отдельной технической проблемой являлась бесперебойная подача значительных количеств горючих веществ в камеру сгорания (принятая в качестве основного образца система турбонасосов работала с жидким кислородом при температуре -185 градусов).