Мало говорилось и о том, что при [[Сталин]]е Королёв вообще чуть не погиб — он остался в живых случайно. Следователь, который допрашивал Королёва, требовал от него признаться, что Королев конструировал ракету, чтобы убить товарища Сталина. Он также поучал человека, который вывел СССР в космос: «Нашей стране ваша пиротехника и фейерверки не только не нужны, но даже и опасны».
Арестован Королёв был 27 июня 1938 года по обвинению во вредительстве в числе других работников Реактивного института, созданного впавшим в немилость маршалом М. Тухачевским. Год провёл в Бутырской тюрьме.
Королёв был приговорен к расстрелу, который позднее заменён на 8 или 10 лет лагерей. Следователи, угрожавшие ему расправой над членами семьи, сломали ему нижнюю челюсть (или даже обе челюсти). Позднее, из-за сломанной челюсти, которая неправильно срослась, ему не смогли сделать нормальный наркоз и он умер (его жена говорила, что Королёв «не мог широко открыть рот», и что из-за этого ему тяжело было оказывать и стоматологическую помощь). Сам Королёв писал, что «следователи Шестаков и Быков подвергли меня физическим репрессиям и издевательствам».
На Колыме Королёв едва не умерла от голода. Королёва спасло только то, что его, уже умирающего человека, взял к себе в шарашку Туполев (тоже был арестован и «сидел»).