1 października 1947 gen. Wozniuk przekazał do Moskwy informację o pełnej gotowości poligonu do wystrzeliwania pocisków balistycznych. Dwa tygodnie później do bazy przybyła pierwsza partia niemieckich pocisków A-4/V-2, którą specjaliści radzieccy zmontowali ze znalezionych w fabrykach niemieckich części. Pierwszy start pocisku balistycznego z poligonu miał miejsce 18 października 1947 o 10.47 czasu moskiewskiego. Rakieta osiągnęła pułap 86 km i spadła w odległości 274 km od miejsca startu. W ciągu miesiąca wystrzelono kolejnych 10-11 rakiet, z których 9 osiągnęło założony cel. Doświadczenie zdobyte po tych próbach zaowocowało w rok później uruchomieniem produkcji analogicznej pod względem konstrukcji rakiety R-1, która przeszła pomyślne próby jesienią 1948.
Do 1957 Kapustin Jar był jedynym miejscem startu radzieckich rakiet balistycznych (R-1, R-2, R-5, R-12, R-14) oraz ich odmian geofizycznych W-1A, W-1B, W-1W, W-1D, W-1E, W-2A, W-5A, W-11A itd. W czerwcu 1951 na poligonie podjęto próbę wystrzeliwania rakiet z psami na pokładzie. Za pomocą tych rakiet zrealizowano bogaty program badań atmosfery na wysokości 100-500 km, wykonano szereg lotów z obiektami biologicznymi w celu określenia wpływu nieważkości na żywe organizmy. Wyniki tych badań w zasadniczy sposób przyczyniły się do realizacji lotu Gagarina.