Михаил Хомяков, бывший главным конструктором спутника, и талантливые сотрудники королёвского ОКБ-1 разделили его на две полусферы, а затем сварили в вакууме. Маленький спутник содержал в себе радиопередатчик, батареи и приборы для измерения температуры, которые вместе весили около 90 кг — для того времени массивный объект для запуска в космос. Накануне полета Королёв поместил свое создание на специальный пьедестал, завернул в бархат, испытывая пред ним благоговение, как перед яйцом Фаберже. Таким образом он хотел показать своим сотрудникам уникальную важность спутника. Этот маленький сверкающий объект был предвестником новой эпохи в истории ракетостроения. Впервые увидев спутник, знаменитый советский летчик-испытатель Марк Галлай выразил свое уважение и восхищение, назвав спутник «элегантным мячиком с антеннами, развивающимися, как у скачущей лошади».
Как только спутник доставили в отдаленный Байконур, процесс сборки ракеты начался самым серьезным образом. «Спутник-1» осторожно поместили в носовой части Р-7. Все это происходило в специальном «космическом помещении». Здесь соблюдался строгий режим чистоты, и техники в белых халатах занимались кропотливой подготовкой к полету. Михаил Ребров, который был в команде, готовящей запуск, вспоминал дотошность Королёва, который был известен всем, кто стоял у истоков советской космической программы, просто как «Генеральный конструктор». Всякий раз, когда Королёв появлялся в ангаре, все замолкали, напряженно ожидая его обычных требовательных замечаний, не прощающих никаких уступок и погрешностей, которые могли бы привести к поломке, и проникаясь высоким предназначением этого сверхсекретного проекта.
Конструкция спутника не имела никаких исторических параллелей; это было оригинальное произведение технической мысли, созданное с продуманной простотой, от которого требовалось лишь одно — вес спутника не мог превышать 100 кг. Сферическая форма соответствовала требованию Королёва, чтобы объект легко помещался в носовой части Р-7. Конструкция ракеты требовала легкого выхода спутника сразу после отделения обтекателя носового конуса. Исполнение отражало простоту королёвского подхода: он решил, что там будут два передатчика, питаемых серебряно-цинковыми батареями, один с частотой 20,005 МГц, а другой 40,002 МГц. Выбор таких частот означал, что радиосигналы со спутника будут доступны для приема на огромных расстояниях, прежде всего — радиолюбителям, работающими в коротком и ультракоротком радиодиапазонах. Радиосигналы со спутника излучались в виде телеграфных импульсов длительностью примерно 0,3 секунды. Когда один радиопередатчик работал, другой находился в режиме паузы. По плану посылаемые спутником прерывистые радиосигналы «бип-бии-бип» должны были развлекать радиолюбителей и ученых во всем мире в течение двух недель. Космический аппарат был маленьким, всего лишь 45 см в диаметре, но Королёв был уверен, что его отражающая поверхность обеспечит хорошую заметность спутника невооруженным глазом. Советская сторона хотела, чтобы первый искусственный спутник легко можно было обнаружить визуально либо по радиосигналу, потому что это наблюдение мировой аудиторией подтвердило бы новую веху в развитии технологий.
«Спутник-1» был выведен на орбиту ракетой Р-7, самой мощной управляемой ракетой, которая в то время была в СССР. Впечатляющий носитель состоял из центрального тела ракеты и четырех заостренных ускорителей. На старте двигатель сердцевины и ускорители запускались одновременно. Каждый навесной ускоритель был оснащен одним двигателем, создающим тягу 110 т на уровне моря. Спустя примерно две минуты после старта четыре навесных ускорителя отделялись от сердцевины. Ракета продолжала полет, поднимая Р-7 вверх и выводя спутник на орбиту. Разработка Р-7 отразила впечатляющую возможность Советов выводить на орбиту огромные по тем временам грузы (и соответственно, способность посылать ракеты с боеголовками для поражения удаленных целей). В 1957–1958 годах Р-7 выведет на орбиту несколько искусственных спутников. Ее преемник, носитель «Восток», впервые запущенный в сентябре 1958 года и способный выводить на орбиту полезный груз в 5 т, являлся усовершенствованной конструкцией Р-7. Эта была та самая ракета, которая в 1961 году поднимет в космос первого советского космонавта.
Волнующий запуск спутника на орбиту произошел в пятницу, 4 октября, ровно в 22 часа 28 минут 34 секунды по московскому времени. Этот решающий день был наполнен незначительными задержками. И все-таки все эти срывы, как и недели напряженнейшего труда, померкли в памяти, когда Р-7 с ревом оторвалась от земли. Из командного укрытия Королёв и его ведущие помощники Василий Рябиков, Валентин Глушко, Мстислав Келдыш и Николай Пилюгин через перископы следили за историческим запуском. Ответственность за проведение запуска ракеты была возложена на Бориса Чекунова. В тот момент, когда Чекунов нажал на кнопку, пять двигателей ракеты заработали, образуя один яркий огненный бушующий пожар, и земля сотряслась от удара тяги в 508 т. Ракета величаво поднималась в небо, набирая скорость до 27 840 км/ч. Достигнув высоты 227 км, центральный двигатель отключился. «Спутник-1» со своими четырьмя пружинящими антеннами вышел на свободную орбиту вокруг Земли. Орбита с наклоном в 65° к плоскости экватора представляла собой эллипс с удалением от Земли на расстояние от 226,7 до 940,8 км. Не успел спутник начать свой орбитальный полет, как на Землю пошли радиосигналы; первой подтвердила прием отчетливых «бип-бип-бип» с орбиты спутника советская станция, расположенная на Камчатке. Никита Хрущев, который в то время присутствовал на совещании на Украине, получил сообщение об успешном запуске спутника приблизительно в 23 часа. Хрущев разделил энтузиазм Королёва, объявив о наступлении новой эры, эры, «которая на деле продемонстрировала преимущества социализма».
Первое сообщение о спутнике пришло в Вашингтон весьма эффектным образом — во время заседания в рамках МГГ, проводимого в здании Национальной академии наук, и было подобно грому среди ясного неба. Репортер Уолтер Салливан, освещающий новости науки для New York Times, приехал в столицу страны, чтобы присутствовать на конференции, посвященной МГГ. Среди участников совещания началось общее движение, вызванное слухом о запуске спутника либо в Советском Союзе, либо в Соединенных Штатах. В интерьере здания Национальной академии наук, под нарядным орнаментальным куполом, была выставлена для обозрения полномасштабная модель спутника «Авангард». Выполненный в натуральную величину макет «Авангарда» и сигналы спутника, летающего вокруг Земли, привлекли внимание Салливана и других присутствующих, включая советских представителей. Последние не делились подробностями относительно планов Советского Союза запустить свой спутник. Вечером 4 октября Салливан присутствовал на специальном приеме в Советском посольстве, расположенном на Пятнадцатой улице. Среди присутствовавших были известные американские ученые: Джеймс Ван Аллен из Университета штата Айова, Уильям Пикеринг, директор лаборатории реактивного движения в Пасадене, Херб Фридман, ученый-исследователь, занятый в ракетной программе военно-морских сил, и другие светила. Там был также Анатолий Благонравов, глава советской делегации на конференции МГГ. Благонравов, хотя и являлся высокопоставленным официальным лицом, обладающим доступом ко многим секретам советской ракетной программы, ничего не знал о запуске ракеты с космодрома Байконур за день до этого.
