從1939年到1945年的戰爭歲月中，布勞恩始終過著一種忙碌而又紛亂的生活，經曆著一個又一個的危機。事實上，真正可以激勵布勞恩進行科學研究的並不是戰爭武器，而是航天旅行。而在德國，一切科研都隻能是在軍界的指令性計劃下進行，一切都要為戰爭需要而進行，航天旅行這種和平發展的科學項目在當時是異端，是不合時宜的，隻能偷偷地搞。
到了美國之後，不太繁重的工作使布勞恩的精神得以恢複，這種被壓抑的力量重新進發出來，在工作之餘，布勞恩根據V-2所產生的火箭推進技術的現狀，開始研究大規模火星探險的可能性。為了把與這種探險有關的許多技術問題和非技術問題集中起來，布勞恩把自己的設想寫成一部小說，名為《火星計劃》。
在《火星計劃》中，他指出人類進行大規模火星探險的基礎是應用裝有火箭的飛行器，在小說的附錄中，布勞恩就這種飛行器的性能進行了深入細致的分析。布勞恩認真仔細地根據當時火箭技術條件的現狀進行了種種假設，從工程學理論的角度證明人類從事大規模星際探險是完全可能的。他還指出，對探險後人還能不能活下來的問題作出明確問答之前，還必須對許多其他領域進行大量的研究，特別是人的因素方麵。同時，他還認為，要實現載人宇宙飛行，必須實現超出國家界限進行努力。
1948年，布勞恩懷著極大的期望把《火星計劃》的書稿寄給紐約的一家出版社。6個星期後，稿件被退了回來，複信中寫道“太不可思議了！”布勞恩又把稿件寄到其他出版社去，依然被拒絕了，這樣的退稿共計18次，最後布勞恩一氣之下，把書稿藏到了閣樓頂上。我們可以想象，布勞恩的這部小說，如果作為科幻小說來說，未免太務實太平淡，但作為科學報告，又未免太離奇和不可思議。後來他的這部《火星計劃》寄給一個專業作家，被改編成了一部扣人心弦的科幻小說出版，並作了大量改動，布勞恩署名為合著者。
在《火星計劃》中，布勞恩設想：用10艘航天飛船組成一支飛船隊，乘員則不少於70人，飛船隊的每艘飛船將在2小時的繞地球運動中組織起來，部分可以重新使用的三級渡運火箭將把一切必需要的物資如推進劑、構件、生活供應和人員運送到軌道上。這些飛船在首次主動力飛行中將離開出發軌道，脫離地球重力場，進入環繞太陽的橢圓形軌道航行。當飛船隊在與火星轉道相切的橢圓形軌道上達到太陽遠點時，它們將會受到火星重力的吸引，這時通過發動機的作用，進入繞火星的軌道，然後降落、登陸。用大致相同的方法，宇航員們會安全回到地球。
從技術上看，布勞恩的《火星計劃》是合理的，今天依然切實可行，隻要有足夠的人力和物力。布勞恩為人類走向宇宙，奔向火星指明一條航線。
布勞恩在業餘時間進行寫作，每天白天，他要沉思在繁雜的陸軍導彈計劃之中。1950年，美國陸軍製定了第一個大型導彈計劃——紅石計劃。布勞恩全力以赴，擔負起了這一龐大複雜工程的最重要部分——動力係統和製導係統。
一枚導彈大體由三個部分組成，即動力裝置、製導係統和戰鬥部。而動力和製導又是最主要和最複雜的部分。由於布勞恩的辛勤努力，美國終於研製出了先進的中遠程彈道導彈——紅石導彈。在這枚導彈中，裝有一個完整的彈道導彈慣性製導係統，應用了晶體管放大器。布勞恩小組還改進了導彈頭錐的材料，使之更加耐熱。因為中遠程彈道導彈的自由飛行段是在外層空間飛行，重返大氣層時因速度大，摩擦生熱會溶化彈體頭錐，損壞戰鬥部。小組在改用玻璃纖維材料後，成功地發射了中程3級紅石火箭。
1956年2月，美國成立陸軍彈道導彈局，布勞恩擔任了該局的技術指導。在這裏布勞恩的傑出組織才能和才智得以展現和發揮，不僅使這裏發展成為一個巨大的科研中心，一切研製工作井井有條，而且在他的倡導和參與下，美國取得了水下潛艇發射運載火箭的成功。這一成果後來發展為北極星潛艇彈道導彈。