Научные интересы В.Н. Челомея сосредоточились на исследовании динамической устойчивости упругих систем. В ходе этих исследований он получил важные теоретические результаты, нашедшие применение на практике, — им был предложен метод расчёта параметров продольных, поперечных и крутильных колебаний упругих систем. Этот метод позволяет создать универсальную вычислительную программу для ЭВМ и потому нашёл широкое применение.
В 1940 году было учреждено 50 сталинских стипендий для особо одарённых молодых учёных, работающих над докторскими диссертациями в специальной докторантуре АН СССР. В их число был включён и 26-летний В.Н. Челомей — самый молодой в полусотне избранных. Утверждается тема его докторской диссертации: «Динамическая устойчивость и прочность упругой цепи авиационного двигателя». Он получает сталинскую стипендию в размере 1500 рублей, весьма значительную по тем временам сумму. Для сравнения: профессор университета получал в то время 1200 рублей.
28 октября 1940 года на первой странице «Правды» появилась статья членов-корреспондентов АН УССР Ю.Д. Соколова и И.Я. Штаермана, в которой они, в частности, писали о В.Н. Челомее: «Его блестящий талант счастливо сочетает глубокое теоретическое проникновение с прекрасной изобретательностью инженера. Он не отвлекается в сторону беспочвенных абстракций, а решает действительно нужные и важные проблемы для социалистической промышленности». 7 ноября 1940 года в «Авиационной газете» (№ 55) появляется статья «Сталинский стипендиат» — о В.Н. Челомее.
С 1940 года Челомей в Москве, докторант АН СССР, работающий над докторской диссертацией. Установлен был и срок завершения и защиты диссертации — 1 июня 1941 года. По предположению Е.В. Кулешова, бывшего начальника сектора ОКБ-52 и впоследствии серьёзного исследователя деятельности и жизни В.Н. Челомея, докторскую диссертацию «Динамическая устойчивость и прочность упругой цепи авиационного двигателя» он защитил в срок, даже получил звание профессора, но из-за начала войны работа не была утверждена ВАКом, документы были утрачены… Неоднократно натыкаясь в своей жизни на требования соответствующих бумаг и справок, ведь «без бумажки — ты букашка», Челомей, когда позволила жизненная ситуация, в 1951 году дополнил диссертацию результатами новых научных исследований, вновь вышел на защиту и вновь успешно защитился уже в МВТУ им. Н.Э. Баумана.
Нельзя не заметить, что Челомей был единственным среди советских ракетостроителей человеком, получившим столь точное, истинно «ракетное» образование. Ведь и теория колебаний, и динамическая устойчивость упругих систем непосредственно рассматривают важнейшие вопросы, связанные с поведением конструкции ракеты — прочностью, устойчивостью, надёжностью работы отдельных систем во время полёта.
