Ít được biết đến, nhưng cũng là một cuộc cạnh tranh không kém khốc liệt, là các phát triển kỹ thuật không gian cho mục tiêu quân sự. Rất lâu trước khi phóng Sputnik 1, cả Hoa Kỳ và Liên Xô bắt đầu phát triển các vệ tinh do thám. Vệ tinh Zenit, được thiết kế với hai mục đích sử dụng bởi Sergey Pavlovich Korolyov cuối cùng trở thành tàu vũ trụ Vostok, bắt đầu như là một vệ tinh chụp ảnh từ trên không. Nó cạnh tranh với chuỗi vệ tinh Discoverer của Không quân Hoa Kỳ. Discoverer XIII thực hiện phi vụ chuyên chở từ không gian về lại Trái Đất lần đầu tiên vào tháng 8 năm 1960—một ngày trước chuyến tương tự của Liên Xô.

Cả Hoa Kỳ và Liên Xô đều phát triển các chương trình quân sự trong không gian, thông thường là Hoa Kỳ chỉ hoàn thành mô hình trước khi chương trình kết thúc, trong khi Liên Xô đã đóng, hoặc là bay luôn vào quỹ đạo những thiết kế của họ:

1. Tên lửa siêu thanh liên lục địa có điều khiển (Supersonic Intercontinental Cruise Missile): Navaho (chương trình thử nghiệm bị dừng lại) vs. tên lửa điều khiển Buran (dự tính)
2. Phi thuyền cánh nhỏ (Small Winged Spacecraft): X-20 Dyna-Soar (mô hình) vs. MiG-105 (bay thử)
3. Vệ tinh trinh thám (Satellite Inspection Capsule): Blue Gemini (mô hình) vs. vệ tinh đánh chặn Soyuz(dự tính)
4. Trạm không gian quân sự (Military Space Station) MOL (dự tính) vs. Almaz (cải tiến và phóng lên như là Salyut 2, 3, và 5)
5. Tàu quân sự với khoang bảo vệ nhiệt (Military Capsule with hatch in heat shield): Gemini B (bay thử không người lái) vs. VA TKS, cũng được biết như là phi thuyền Merkur (bay thử không người lái như là một phần của TKS)
6. Phà vận chuyển lên Trạm không gian quân sự (Ferry to Military Space Station) Gemini Ferry (plan) vs. TKS (bay không người trong không gian, lắp ghép với Salyut)