В военном городке было два жилых дома на 64 квартиры для офицерского состава, не полностью освобожденных от прежних обитателей, три казармы, шесть бараков и один учебный корпус. Хозяйство, принятое квартирно-эксплуатационным отделом института, находилось в запущенном состоянии. Жилую площадь обслуживало домоуправление, образованное еще в 1938 году. Штат домоуправления состоял из девяти человек. Никаких транспортных средств не было. Котельные и водонасосные станции не работали, канализация и водопровод требовали капитального ремонта. Трудно даже представить, в каких сложных условиях начинали работу сотрудники института. Помещений для лабораторий не хватало. Лабораторного оборудования, приборов, станков не было.

Все необходимое Нестеренко выбивал за счет репараций и благодаря своему авторитету. Ветераны НИИ-4 вспоминают, что был случай, когда он перехватил эшелон с металлоконструкциями, шедший из Германии. Из них смонтировали здание экспериментального завода.

В 1947–1948 годах все здания, доставшиеся институту, были отремонтированы. В них разместились научные лаборатории, конструкторский отдел, экспериментальный завод и подразделения обслуживания. Позже на месте старых зданий и сооружений вырос город Юбилейный с населением 30 тысяч человек, в 2014 году вошедший в состав города Королева.

В 1947 году Нестеренко добился в Мособлсовете выделения семи гектаров земли, на которых построили 43 финских и 10 шлакоблочных домиков («финский городок»). Рядом с домами разбили садово-огородные участки, это помогало семьям офицеров решать продовольственную проблему в нелегкие послевоенные годы.

Институт формировался по штатам, утвержденным директивой Генерального штаба Вооруженных сил от 24 мая 1946 года и был создан в составе 20 научных и 20 вспомогательных отделов, а также 16 испытательных лабораторий. Одной из главных особенностей института являлось то, что позже его исследования охватывали весь жизненный цикл стратегических систем вооружения.

21 ноября 1946 года приказом министра ВС Союза ССР научно-исследовательский институт был передан в подчинение Академии артиллерийских наук.

Становление института проходило в относительно трудных условиях. Это объясняется тем, что в Советской армии было мало офицеров, хорошо знающих ракетное оружие. В связи с этим главными задачами начального периода (1946–1948 годы) были подготовка и расстановка кадров, создание научных коллективов, способных организовать работу и выполнять задачи, поставленные перед институтом. Комплектовался институт в основном участниками Великой Отечественной войны, служившими ранее в гвардейских минометных частях. Научные подразделения комплектовались личным составом из войск, военных приемок и военных академий. Кроме того, в институт направлялись отдельные группы инженерно-технического состава из бронетанковых войск, Военно-воздушных сил и промышленности, работавшие по профилю, близкому к специализации института.

С целью изучения опыта разработки и производства немецкой ракетной техники в августе 1946 года большая группа сотрудников института была направлена в советскую зону оккупации Германии. В их числе И. И. Гвай, Н. М. Горев, И. И. Гребенщиков, И. С. Дубинин, Н. В. Егиазаров, В. А. Каваносян, Д. А. Лебедев, А. Д. Левин, М. А. Розенберг, И. В. Семенов, Г. П. Шампанов. Эта работа проводилась под руководством и при участии видных специалистов, занимавшихся ракетной техникой еще в предвоенные годы: С. П. Королева, В. П. Глушко, В. П. Бармина, А. М. Исаева, Н. А. Пилюгина, Ю. А. Победоносцева, Б. Е. Чертока и др.

В 1945 году будущий начальник НИИ-4 А. И. Соколов, занимавший тогда должность начальника Управления вооружения гвардейских минометных частей, и Г. А. Тюлин по приглашению англичан выезжали в союзническую зону оккупации Германии для участия в пуске ракеты Фау-2.

И все же в Советской армии не было тогда достаточного количества офицеров, хорошо знающих ракетное оружие. Как правило, назначаемые в институт люди не имели ни опыта научной работы, ни глубокого знания тех проблем, которыми им предстояло заниматься. Для исправления положения принимались энергичные и разнообразные меры. В 1948 году большая группа сотрудников была направлена на двухгодичные Высшие инженерные курсы при МВТУ им. Баумана, где лекции читались самыми крупными специалистами в ракетной технике того времени — С. П. Королевым, А. А. Космодемьянским, Ю. А. Победоносцевым и др. В самом институте проводились занятия по теории реактивного движения и другим проблемам, ряд сотрудников были зачислены в адъюнктуру при Академии артиллерийских наук, была образована собственная заочная адъюнктура.

Приказом министра высшего и среднего специального образования в мае 1950 года в НИИ-4 был создан ученый совет с правом принятия к защите кандидатских диссертаций. В конечном итоге все это принесло свои плоды. О том, что в НИИ-4 в период становления как научной организации была успешно решена задача подготовки научных кадров, свидетельствует то, что в начале 1950-х годов большая группа специалистов-ракетчиков института была направлена на усиление центральных аппаратов Министерства обороны, в том числе Сухопутных войск и войск ПВО, а также созданных в отдельных видах Вооруженных сил научно-исследовательских институтов. В дальнейшем многие из них были выдвинуты на руководящую работу в органах управления Министерства обороны и в организациях оборонно-промышленного комплекса. Среди них Константин Александрович Трусов, ставший заместителем начальника вооружения Министерства обороны, Георгий Лазаревич Тарасов — начальником управления ГУЭРВ, главным энергетиком РВСН, Анатолий Григорьевич Фунтиков — первым заместителем начальника вооружения Министерства обороны, Георгий Александрович Тюлин — директором ЦНИИМАШ, затем заместителем и первым заместителем министра общего машиностроения, Георгий Степанович Нариманов — заместителем председателя научно-технического совета Министерства общего машиностроения.

С целью более четкого профилирования работ НИИ-4 в 1947 году было рекомендовано объединить научные отделы, образованные в 1946 году, в три сектора: управляемых ракет (первый начальник — инженер-полковник М. К. Тихонравов); неуправляемых зенитных снарядов (начальник — инженер-полковник К. К. Глухарев); ракетного точного приборостроения и электроники (начальник — инженер-полковник Ф. Д. Бовман). Кроме того, было рекомендовано создать два отдела прямого подчинения: стрельбы и боевого применения баллистических ракет (начальник — генерал-майор инженерно-артиллерийской службы Д. А. Мышецкий) и внешней баллистики (начальник — инженер-подполковник М. А. Розенберг). Вспомогательный сектор состоял из информационного, редакционно-издательского, технического отделов и возглавлял его ученый секретарь, в обязанности которого входила также подготовка научных кадров, заседаний ученого совета и других, в основном организационных вопросов.

Алексей Иванович терпеливо вникал во все научные, технические, хозяйственные и бытовые вопросы института. После доклада президенту Академии артиллерийских наук генерал-лейтенанту Благонравову о формировании научных и вспомогательных подразделений Нестеренко получил от него указание разработать и строго выполнять план научно-исследовательских работ, организовать взаимодействие института с промышленными НИИ, КБ и полигоном Капустин Яр.