4 июня 1911 года в Нежине состоялось событие, сильно повлиявшее на будущего конструктора: туда приехал один из первых русских летчиков, популяризатор воздухоплавания и авиации Сергей Уточкин. Показательный полет, устроенный энтузиастом, потрясло мальчика: на его глазах сказочный ковер-самолет стал реальностью. Позже он восхищенно рассказывал своей матери об этом событии.
В итоге молодой человек решил связать свою жизнь с авиацией: в 1924 году он поступил в Киевский политехнический институт по профилю авиационной техники, а уже осенью 1926 года перевелся в Московское высшее техническое училище (МВТУ) имени Н. Э. Баумана. Там он получил известность как подающий надежды авиаконструктор, а в 1929 защитил дипломную работу под руководством Андрея Туполева, впоследствии перейдя к нему на работу. В его ЦАГИ Королев спроектировал планеры «Коктебель» и «Красная Звезда», а также легкий самолет СК-4.