GrummanEdit
Kelly begon te werken bij Grumman als voortstuwingsingenieur werkzaam onder het Rigel Missile Program van 1951 tot 1953. Na dit project werd hij overgeplaatst naar het F-11 Tiger programma en later gepromoveerd tot groepsleider.in 1956 werd Kelly opgeroepen in actieve dienst en werd gestationeerd op de Wright-Patterson Air Force Base in Dayton, Ohio. Tijdens zijn dienst, Kelly was een performance engineer op de B-58 Hustler, F-105 Thunderchief, en de AGM-28 Hound Dog. Na twee jaar dienst werd hij in 1958 ontslagen.
LockheedEdit
gedurende korte tijd werkte Kelly bij Lockheed Corporation aan hun missile and space division. Kelly was de leider van de rocket propulsion development engineering. Hij bleef hier tot 1959.Kelly keerde terug naar Grummanedit, waar hij van 1959 tot 1960 assistant chief in propulsion werd.daarna werd hij overgeplaatst naar Grumman ‘ s Apollo en Lunar Module voorstellen. Gedurende deze tijd Kelly hielp de ontwikkeling van de maanbaan rendezvous concept.eind 1962 won Grumman het $ 2 miljard overheidscontract van NASA. Kelly werd gepromoveerd tot leider van het ontwerpteam voor de Lunar Excursion Module (LEM). Hij was verantwoordelijk voor meer dan 7.000 medewerkers in het ontwerpen en bouwen van de maanmodule. Kelly ‘ s groep kwam met het idee van een tweetraps ruimtevaartuig (ascent & descent stage), dat twee astronauten naar het maanoppervlak zou brengen, terwijl een derde astronaut in een baan om de maan zou blijven.Kelly was net 40 geworden toen Neil Armstrong zijn eerste historische stap zette op de Maan op 20 juli 1969. Tijdens de landing was er ijs gevormd in een brandstofleiding, waardoor het verstopt raakte. Als de warmte van de motor De Klomp ontdooit, kan de brandstof ontploffen. Gelukkig voor Kelly en de Grumman crew, het probleem gecorrigeerd zichzelf en de bemanning was in staat om te ontspannen en te beseffen wat ze hadden gedaan. In een interview in 1998 Kelly verklaarde, ” Het was de grootste ding in mijn carrière. Achteraf gezien was het zelfs nog belangrijker dan we toen dachten.”De ervaring was echter niet zonder spanning en stress, gemanifesteerd in een nerveuze tic die hij tijdens het project ontwikkelde.in totaal bouwde Grumman vijftien maanmodules, maar slechts zes daarvan hadden de mogelijkheid om op het maanoppervlak te landen. Elk van deze modules had aanzienlijke upgrades in vergelijking met de vorige. De maanmodule is een van de belangrijkste prestaties van Kelly ‘ s carrière, omdat het nog steeds het enige ruimtevaartuig is dat mensen naar een ander hemellichaam hebben gevlogen.