Après la guerre, les États-Unis et l'URSS ont recruté, contraint ou tout simplement kidnappé des centaines de scientifiques allemands parmi les survivants... et parmi eux, une majorité de scientifiques ayant travaillé sur des programmes de missiles nazis. Tandis que la guerre froide s'installait durablement, l'espace devint un nouvel objet de compétition entre les deux superpuissances, chacune cherchant à prouver sa supériorité technologique (et par extension, la supériorité de son système politico-militaro-économique). Au départ, l'objectif était de lancer des versions agrandies des missiles V2 capables de propulser des ogives vers des villes éloignées. Mais bientôt, des visionnaires un peu givrés pensèrent à une "meilleure" utilisation pour ces missiles balistiques. En 1955, à quatre jours d'écart, les deux nations déclarèrent séparément et publiquement qu'elles comptaient mettre un satellite en orbite d'ici deux ou trois ans.

Ce sont les Soviétiques qui remportèrent la première étape de la course à l'espace, avec la mise en orbite de Spoutnik 1. Quatre mois plus tard, l'Allemand Wernher von Braun (responsable de la campagne américaine) et son équipe placèrent Explorer 1 au sommet d'un lanceur à quatre étages, Juno I. Le décollage eut lieu à la base de Cape Canaveral. Au cours des années qui suivirent, plusieurs singes et canidés infortunés furent envoyés en aller simple sur orbite, jusqu'à ce qu'en avril 1961, le Soviétique Youri Gagarine se retrouve lui aussi sur orbite... mais heureusement dans le cadre d'un voyage aller-retour. Une fois de plus, les Américains perdaient la course à quelques mois près : John Glenn fut le premier Américain en orbite autour de la Terre en février 1962 à bord du Friendship 7. Quand le président Kennedy clama haut et fort que les États-Unis seraient les premiers à marcher sur la Lune d'ici la fin de la décennie, la tension monta d'un cran.

Les années suivantes furent marquées par quelques échecs spectaculaires, autant pour les Américains que pour les Soviétiques, les fusées qui explosent ayant la fâcheuse manie de marquer les esprits. En guise de conclusion épique, la première mission habitée en orbite autour de la lune, Apollo 8, fut lancée en 1968 ; et le 20 juillet 1969, l'astronaute américain Neil Armstrong déclarait : "C'est un petit pas pour l'homme, mais un bond de géant pour l'humanité." En juillet 1975, alors que les relations entre les deux puissances se réchauffaient, Apollo-Soyouz fut la première mission spatiale conjointe entre l'Union soviétique et les États-Unis, symbolisant la fin de la course à l'espace.