С 1931 г. ГДЛ была переподчинена Управлению военных изобретений Технического штаба начальника вооружений РККА, а в 1932 г. перешла в ведение начальника вооружения РККА М.Н. Тухачевского.
В 1932 г. лабораторию возглавил И.Т. Клейменов (1898–1938). Его организаторский талант способствовал быстрому становлению ГДЛ как ведущей научно-исследовательской и опытно-конструкторской организации и увеличению размаха работ в области реактивной артиллерии. Особенно активно он ратовал за массовое применение реактивных снарядов в наземных войсках.
25 февраля 1933 г. на совещании у заместителя наркома по военным и морским делам М.Н. Тухачевского принято решение об организации в Москве Реактивного научно-исследовательского института (РНИИ) путем слияния ленинградской ГДЛ и Московской Группы изучения реактивного движения (МосГИРД), входившей в ОСОАВИАХИМ. Для размещения этого института выделили часть помещений здания строящегося на берегу реки Лихоборки на окраине Москвы Всесоюзного института сельскохозяйственного машиностроения (ВИСХОМ) на Лихачевском шоссе (современный адрес — Онежская ул., 8/10).
Постановлением Совета труда и обороны СССР от 31 октября 1933 г. № 104 «Об организации реактивного института» РНИИ был передан в систему Наркомата тяжелой промышленности. Директором РНИИ был назначен И.Т. Клейменов, заместителем директора и главным инженером РНИИ — сильный теоретик и тонкий экспериментатор, опытный артиллерист Г.Э. Лангемак (1898–1938). Он организовал работу так, что институт в своей исследовательской деятельности сочетал проектирование с испытанием ракет и ракетных снарядов, летательных аппаратов и двигателей для них. Под его руководством создавались PC и пусковые установки (ПУ) различного назначения. Конструкцией снарядов занимались специалисты РНИИ, корпуса изготавливали в мастерских лаборатории и на предприятиях Ленинграда, а взрыватели и пиропатроны разрабатывали в ЦКБ-22. Для PC была отработана технология изготовления крупных шашек из нового пироксилин-тротилового бездымного пороха с высокой энергетикой и стабильными характеристиками, а сами снаряды были доведены до промышленного освоения.
В РНИИ помимо практических исследований большое внимание уделялось научной работе. Так, в институте был сформирован Научно-технический совет, который стал издавать сборники статей по ракетной технике «Реактивное движение», первый из которых вышел в 1935 г. А в 1936 г. вышел первый сборник трудов РНИИ «Ракетная техника». Всего увидели свет три выпуска первого и девять выпусков второго сборника.
Большую помощь в научной работе сотрудникам РНИИ оказывал опыт предшественников, изложенный ими в печатных трудах. Как вспоминал специалист по порохам для реактивных снарядов Ф.Н. Пойда, для формирования фонда научно-технической библиотеки РНИИ во все доступные библиотеки были посланы «гонцы», которые отбирали необходимую литературу. Так сформировался институтский библиотечный фонд, который вскоре засекретили, в том числе труды К.И. Константинова и М.М. Поморцева. Многое, над чем они трудились, нашло свое применение в разработках РНИИ.
Начальник ГДЛ, затем начальник РНИИ И.Т. Клейменович (1898–1938).
Заместитель начальника ГДЛ, конструктор пороховых ракет Г.Э. Лангемак (1898–1938).
Титульный лист книги К.И. Константинова «О боевых ракетах» издания 1864 г.
Здание Реактивного научно-исследовательского института в Москве.
Работы РНИИ Главного управления боеприпасов Наркомата тяжелой промышленности способствовали развертыванию отработки PC широким фронтом, с привлечением многих научно-исследовательских институтов, опытно-конструкторских бюро, промышленных предприятий и полигонов, размещенных в Москве и Подмосковье. Расход реактивных снарядов для полигонных испытаний увеличился настолько, что их изготовление силами РНИИ стало недостаточным. В 1935 г. для опытных стрельб Артиллерийское управление РККА заказало московскому заводу № 70 им. Владимира Ильича (бывшему заводу Михельсона) первые большие партии корпусов: по 5000 реактивных снарядов калибром 82 мм (РС-82) и 132 мм (PC-132). К концу 1936 г. в РНИИ закончили составление полного комплекта технической документации на эти снаряды в соответствии с требованиями Артиллерийского управления РККА к производству боеприпасов, что позволило заводу подготовить технологическую документацию на промышленное изготовление снарядов. Промышленное производство пороха для реактивных снарядов решили организовать на старейшем в России пороховом заводе № 6 им. Н.А. Морозова, вблизи Шлиссельбурга.
В тот период руководство института приняло смелое решение, сыгравшее определяющую роль в дальнейшем ходе событий: применить вместо уже освоенного пороха ПТП еще мало изученный, но более перспективный нитроглицериновый порох (НГВ). В 1937 г. совместными усилиями специалистов РНИИ, химиков и работников завода № 6 завершилась разработка технологии проходного прессования шашек из пороха НГВ, а их изготовление было передано заводу по производству нитроглицериновых порохов. В процессе отработки пороховых зарядов была проведена большая научно-исследовательская работа. Как отмечал Г.Э. Лангемак, в результате исследований была разработана теория горения твердотопливных зарядов, новые методы расчета внутренней баллистики, создан критерий устойчивости горения с учетом изменений температур заряда. Тогда же в отделе РНИИ под руководством военинженера 2 ранга Л.Э. Шварца с участием В.А. Артемьева, Ю.А. Победоносцева, Е.С. Петрова, Д.А. Шитова, Н.П. Горбачева и других разработана конструкция реактивного ракетно-осколочно-фугасного снаряда (РОФС) калибра 203 мм. За заслуги в развитии ракетостроения именами руководителей РНИИ И.Т. Клейменова и Г.Э. Лангемака были названы образования на обратной стороне Луны.