С целью изучения опыта разработки и производства немецкой ракетной техники в августе 1946 года большая группа сотрудников института была направлена в советскую зону оккупации Германии. В их числе И. И. Гвай, Н. М. Горев, И. И. Гребенщиков, И. С. Дубинин, Н. В. Егиазаров, В. А. Каваносян, Д. А. Лебедев, А. Д. Левин, М. А. Розенберг, И. В. Семенов, Г. П. Шампанов. Эта работа проводилась под руководством и при участии видных специалистов, занимавшихся ракетной техникой еще в предвоенные годы: С. П. Королева, В. П. Глушко, В. П. Бармина, А. М. Исаева, Н. А. Пилюгина, Ю. А. Победоносцева, Б. Е. Чертока и др.
В 1945 году будущий начальник НИИ-4 А. И. Соколов, занимавший тогда должность начальника Управления вооружения гвардейских минометных частей, и Г. А. Тюлин по приглашению англичан выезжали в союзническую зону оккупации Германии для участия в пуске ракеты Фау-2.
И все же в Советской армии не было тогда достаточного количества офицеров, хорошо знающих ракетное оружие. Как правило, назначаемые в институт люди не имели ни опыта научной работы, ни глубокого знания тех проблем, которыми им предстояло заниматься. Для исправления положения принимались энергичные и разнообразные меры. В 1948 году большая группа сотрудников была направлена на двухгодичные Высшие инженерные курсы при МВТУ им. Баумана, где лекции читались самыми крупными специалистами в ракетной технике того времени — С. П. Королевым, А. А. Космодемьянским, Ю. А. Победоносцевым и др. В самом институте проводились занятия по теории реактивного движения и другим проблемам, ряд сотрудников были зачислены в адъюнктуру при Академии артиллерийских наук, была образована собственная заочная адъюнктура.
Приказом министра высшего и среднего специального образования в мае 1950 года в НИИ-4 был создан ученый совет с правом принятия к защите кандидатских диссертаций. В конечном итоге все это принесло свои плоды. О том, что в НИИ-4 в период становления как научной организации была успешно решена задача подготовки научных кадров, свидетельствует то, что в начале 1950-х годов большая группа специалистов-ракетчиков института была направлена на усиление центральных аппаратов Министерства обороны, в том числе Сухопутных войск и войск ПВО, а также созданных в отдельных видах Вооруженных сил научно-исследовательских институтов. В дальнейшем многие из них были выдвинуты на руководящую работу в органах управления Министерства обороны и в организациях оборонно-промышленного комплекса. Среди них Константин Александрович Трусов, ставший заместителем начальника вооружения Министерства обороны, Георгий Лазаревич Тарасов — начальником управления ГУЭРВ, главным энергетиком РВСН, Анатолий Григорьевич Фунтиков — первым заместителем начальника вооружения Министерства обороны, Георгий Александрович Тюлин — директором ЦНИИМАШ, затем заместителем и первым заместителем министра общего машиностроения, Георгий Степанович Нариманов — заместителем председателя научно-технического совета Министерства общего машиностроения.
С целью более четкого профилирования работ НИИ-4 в 1947 году было рекомендовано объединить научные отделы, образованные в 1946 году, в три сектора: управляемых ракет (первый начальник — инженер-полковник М. К. Тихонравов); неуправляемых зенитных снарядов (начальник — инженер-полковник К. К. Глухарев); ракетного точного приборостроения и электроники (начальник — инженер-полковник Ф. Д. Бовман). Кроме того, было рекомендовано создать два отдела прямого подчинения: стрельбы и боевого применения баллистических ракет (начальник — генерал-майор инженерно-артиллерийской службы Д. А. Мышецкий) и внешней баллистики (начальник — инженер-подполковник М. А. Розенберг). Вспомогательный сектор состоял из информационного, редакционно-издательского, технического отделов и возглавлял его ученый секретарь, в обязанности которого входила также подготовка научных кадров, заседаний ученого совета и других, в основном организационных вопросов.
Алексей Иванович терпеливо вникал во все научные, технические, хозяйственные и бытовые вопросы института. После доклада президенту Академии артиллерийских наук генерал-лейтенанту Благонравову о формировании научных и вспомогательных подразделений Нестеренко получил от него указание разработать и строго выполнять план научно-исследовательских работ, организовать взаимодействие института с промышленными НИИ, КБ и полигоном Капустин Яр.
В соответствии с указанием президента Академии артиллерийских наук в декабре 1946 года была создана комиссия для составления плана НИР на 1947–1948 годы и плана развертывания отделов, лабораторий и экспериментальных мастерских. Один только план научно-исследовательских работ института на 1947 год включал 37 тем, по которым к концу года было выпущено 146 отчетов. Выпуск такого большого количества отчетов, в основном обзорного характера, позволил командованию быстро включить весь коллектив сотрудников в исследовательскую работу.
Одним из первых результатов научно-исследовательских работ явилось обоснование в 1947–1948 годах системы вооружения полевой реактивной артиллерии.
Алексей Иванович писал: «Преодолевая косность и консерватизм некоторых старших артиллерийских начальников, я и многие другие генералы и офицеры — бывшие командиры ГМЧ, начальники оперативных групп ГМЧ фронтов (Кулешов, Никольский, Вознюк и др.) вели большую работу и борьбу с их консервативными взглядами, спорили, доказывали необходимость дальнейшего развития реактивной артиллерии. Консерватизм некоторых артиллерийских и общевойсковых военачальников, к нашему счастью, не помешал ЦК КПСС и правительству правильно определить возможные перспективы развития ракетного вооружения, роль и значение этого нового вида оружия в будущей войне».
В связи с постановкой в институте поисковых научно-исследовательских работ по созданию новых типов пусковых установок для полевой реактивной артиллерии возникла необходимость проведения исследований в области газовой динамики свободных газовых струй реактивных снарядов. Проведенные газодинамические исследования под руководством члена-корреспондента Академии артиллерийских наук Ф. И. Франкля позволили создать упрощенную методику расчета параметров сверхзвуковых высокотемпературных газовых струй реактивных снарядов и их действия на плоские преграды. Были также разработаны тактико-технические требования Министерства вооруженных сил на полевые реактивные системы и снаряды. В процессе выполнения этих научно-исследовательских работ впервые были показаны возможности разработки топлив на основе перхлоратных солей, что послужило толчком к развертыванию работ над смесевыми твердыми топливами, без чего было бы невозможно в будущем создание твердотопливных ракет большой дальности. Вообще, 4-й НИИ был одной из первых организаций, начавших теоретические и экспериментальные исследования по определению возможности и путей создания баллистических ракет большой дальности на твердом топливе. Решались многие проблемы из этой области: отрабатывались рецепты смесевых твердых топлив, заряды внутреннего горения, теплозащитные и эррозионно-стойкие материалы.
