GrummanEdit
Kelly aloitti grummanilla Rigel-Ohjusohjelmassa työskennelleenä propulsioinsinöörinä 1951-1953. Tämän projektin jälkeen hänet siirrettiin F-11 Tiger-ohjelmaan ja ylennettiin myöhemmin ryhmänjohtajaksi.
Air ForceEdit
vuonna 1956 Kelly kutsuttiin aktiivipalvelukseen ja hänet sijoitettiin Wright-Pattersonin lentotukikohtaan Daytoniin Ohioon. Palvelusaikanaan Kelly toimi suoritusinsinöörinä B-58 Hustlerissa, F-105 Thunderchiefissä ja AGM-28 Hound Dogissa. Kahden vuoden palveluksen jälkeen hänet kotiutettiin vuonna 1958.
LockheedEdit
lyhyen aikaa Kelly työskenteli Lockheed Corporationilla ohjus-ja avaruusosastollaan. Kelly oli rakettipropulsion kehitystekniikan ryhmänjohtaja. Hän asui täällä vuoteen 1959.
paluu Grummanediin
Kelly vedettiin takaisin Grummaniin, jossa hän toimi Propulsionin apulaispäällikkönä vuosina 1959-1960.
tämän jälkeen hän siirtyi Grummanin Apollo-ja Kuumoduuliehdotuksiin. Tänä aikana Kelly auttoi kehittämään kuun kiertoradan kohtaamiskonseptin.
loppuvuodesta 1962 Grumman sai Nasalta kahden miljardin dollarin hallitussopimuksen. Kelly ylennettiin johtamaan Kuumatkamoduulin (Lem) suunnitteluryhmää. Hän vastasi kuumoduulin suunnittelusta ja rakentamisesta yli 7 000 työntekijälle. Kellyn ryhmä keksi idean kaksivaiheisesta avaruusaluksesta (ascent & descent stage), joka veisi kaksi astronauttia Kuun pinnalle kolmannen astronautin jäädessä Kuun kiertoradalle.
Kelly oli juuri täyttänyt 40 vuotta, kun Neil Armstrong otti ensimmäisen historiallisen askeleensa Kuun pinnalla 20.heinäkuuta 1969. Laskeutumisen aikana polttoaineletkuun oli muodostunut jäätä, joka tukki sen. Jos moottorin lämpö sulatti tukkeuman, polttoaine voi räjähtää. Kellyn ja Grummanin miehistön onneksi ongelma korjaantui itsestään ja miehistö pystyi rentoutumaan ja tajuamaan, mitä oli tehnyt. Haastattelussa vuonna 1998 Kelly totesi, ”Se oli urani hienoin asia. Jälkikäteen ajateltuna se oli vielä merkittävämpää kuin silloin luulimme.”Kokemus ei kuitenkaan ollut rasittamaton ja stressaantunut, mikä ilmeni hermona, jonka hän kehitti projektin aikana.
kaikkiaan Grumman rakensi viisitoista kuumoduulia, mutta vain kuudella niistä oli mahdollisuus laskeutua Kuun pinnalle. Jokainen näistä moduuleista oli merkittäviä päivityksiä edelliseen verrattuna. Kuumoduuli on Kellyn uran merkittävimpiä saavutuksia, sillä se on edelleen ainoa avaruusalus, jonka ihmiset ovat lennättäneet toiselle taivaankappaleelle.