Grummaneditar
Kelly comenzó a trabajar en Grumman como ingeniero de propulsión en el Programa de Misiles Rigel de 1951 a 1953. Después de este proyecto, fue trasladado al programa F-11 Tiger y más tarde ascendido a líder de grupo.
Fuerza AiredItar
En 1956, Kelly fue llamado al servicio activo y estuvo estacionado en la Base de la Fuerza Aérea Wright-Patterson en Dayton, Ohio. Durante su servicio, Kelly fue ingeniero de rendimiento en el B-58 Hustler, el F-105 Thunderchief y el AGM-28 Hound Dog. Después de dos años de servicio, fue dado de alta en 1958.
LockheedEdit
Por un corto tiempo, Kelly trabajó en Lockheed Corporation en su división de misiles y espacio. Kelly era el líder del grupo de ingeniería de desarrollo de propulsión de cohetes. Se quedó aquí hasta 1959.
Regreso a Grummaneditar
Kelly fue atraído de nuevo a Grumman, en el que asumió el cargo de jefe adjunto de propulsión de 1959 a 1960.
Luego fue trasladado a las propuestas de módulo Lunar y Apolo de Grumman. Durante este tiempo Kelly ayudó a desarrollar el concepto de encuentro de órbita lunar.
A finales de 1962, Grumman ganó el contrato gubernamental de 2 mil millones de dólares de la NASA. Kelly fue promovido para dirigir el equipo de diseño del Módulo de Excursión Lunar (LEM). Estuvo a cargo de más de 7.000 empleados en el diseño y la construcción del Módulo Lunar. Al grupo de Kelly se le ocurrió la idea de una nave espacial de dos etapas (ascent & etapa de descenso), que llevaría a dos astronautas a la superficie de la Luna, mientras que un tercer astronauta permanecería en órbita lunar.
Kelly acababa de cumplir 40 años cuando Neil Armstrong dio su primer paso histórico en la Luna el 20 de julio de 1969. Durante el aterrizaje, se había formado hielo en una línea de combustible, obstruyéndolo. Si el calor del motor descongeló la obstrucción, el combustible podría detonar. Afortunadamente para Kelly y la tripulación de Grumman, el problema se corrigió y la tripulación pudo relajarse y darse cuenta de lo que habían hecho. En una entrevista en 1998, Kelly declaró: «Fue lo mejor de mi carrera. Y, en retrospectiva, fue aún más significativo de lo que pensábamos en ese momento.»Sin embargo, la experiencia no estuvo exenta de tensión y estrés, que se manifestó en un tic nervioso que desarrolló durante el proyecto.
En total, Grumman construyó quince módulos lunares, pero solo seis de ellos tuvieron la oportunidad de aterrizar en la superficie de la Luna. Cada uno de estos módulos tenía mejoras significativas en comparación con el último. El Módulo Lunar es uno de los logros más significativos de la carrera de Kelly, ya que sigue siendo la única nave espacial que los humanos han volado a otro cuerpo celeste.