В то же самое время у Королева появился серьезный конкурент – главный конструктор Владимир Николаевич Челомей, пользовавшийся поддержкой Никиты Сергеевича Хрущева. Он предлагал свой проект облета Луны по петлеобразной траектории одноместным кораблем ЛК конусовидной формы. Причем корабль должен был выводиться на околоземную орбиту и переводиться на траекторию трехступенчатой ракетой УР-500К («Протон-К») и специальным разгонным блоком, разработанными под руководством все того же Челомея.
В 1964 году, после сообщения об успешном запуске американской тяжелой ракеты «Сатурн-1» («Saturn I»), руководство Советского Союза почувствовало, что лидерство в области космонавтики ускользает, и впервые всерьез рассмотрело вопрос об экспедиции на Луну. В принятом постановлении № 655–268 «О работах по исследованию Луны и космического пространства» от 3 августа 1964 года главной задачей была заявлена высадка советского космонавта на поверхность Луны в 1967–1968 годах, к 50-летию Великой Октябрьской революции. При этом осуществление программы облета Луны было поручено Владимиру Челомею, а проект 7К-9К-11К поддержки не получил.
В ситуации неопределенности Сергей Королев приложил немалые усилия для того, чтобы сохранить накопленный задел. Он добился у правительства разрешения использовать корабль 7К для отработки системы стыковки на околоземной орбите, которая в любом случае понадобилась бы при строительстве долгоживущих военных станций: в августе 1965 года лунный корабль превратился в орбитальный 7К-ОК, унаследовавший от предыдущего проекта звучное название «Союз». Стремясь поддержать многообещающий проект, группа летавших космонавтов обратилась к новому главе государства Леониду Ильичу Брежневу с письмом, в котором приводились доводы в пользу расширения программы. В верхах прошло несколько значимых совещаний по поводу будущего космонавтики.
Однако, пожалуй, самым сильным аргументом в спорах стал успешный совместный полет кораблей «Джемини-6» и «Джемини-7», состоявшийся в декабре 1965 года. Как и предсказывали космонавты в своем письме Брежневу, одиночный рейс «Восхода-2» совсем потерялся на фоне американских «Джемини», которые маневрировали и выполняли сложные операции на орбите. Руководящие товарищи тут же начали обмениваться гневными письмами с требованием вернуть утраченное лидерство и наконец-то дали «зеленый свет» орбитальному варианту «Союза».
Согласно выпущенному проекту, корабль 7К-ОК предназначался для полета на околоземной орбите с экипажем в составе от одного до трех человек. Сам космический аппарат выполнялся в активном (А) и пассивном (П) вариантах, которые обеспечивали взаимный поиск, сближение и стыковку (механическое соединение) двух пилотируемых кораблей. Второй задачей, которую предстояло решить, была отработка перехода экипажа из одного корабля в другой через открытый космос.