Od 1916 r. w stopniu porucznika pracował jako instruktor lotniczy. W 1917 r. założył Sperry Aircraft Company, która miała zajmować się rozwojem autopilota i budową innych urządzeń nawigacyjnych, a należąca do jego ojca Sperry Gyroscope Company zbudowała bezzałogowy samolot sterowany autopilotem Lawrence'a Sperry'ego. Po przystąpieniu USA do wojny kontynuował prace badawcze, m.in. nad tzw. powietrzną torpedą, czyli sterowalną bombą. Projekt ten realizował do spółki z Charlesem Ketteringiem, w efekcie czego powstał prototyp bezzałogowego samolotu zdolnego dolecieć do celu wzdłuż zaprogramowanego kursu. Zbudowany model nie był zbyt udany, a w czasie jego testowania Sperry doznał obrażeń, które skutkowały trzymiesięczną rehabilitacją. Okres ten poświęcił na opracowanie ulepszonego spadochronu, mieszczącego się w plecaku. Prace zespołu Sperry'ego w okresie II wojny światowej rozwinęli Niemcy jako V-1, a autopilot zaczął być szerzej stosowany w latach 40. XX wieku.