Трудился в Реактивном научно-исследовательском институте (РНИИ). В конце июня 1938 г. был арестован по обвинению в «подрыве государственной промышленности, в контрреволюционных целях, участии в антисоветских организациях» и осуждён на десять лет лагерей с поражением в правах на пять лет и конфискацией имущества.
В конце июля 1939 г. доставлен в качестве заключённого в Магадан и отправлен на прииск «Мальдяк» Западного горнопромышленного управления, где работал землеройным рабочим.
23 декабря 1939 г. был направлен в распоряжение Владлага, а затем в Москву, в так называемую «шарашку» под руководством А. Н. Туполева – конструкторское бюро, все работники которого были заключёнными. Реабилитирован в 1957 г. По воспоминаниям дочери, уже в конце жизни Королев как-то сказал, что хотел бы слетать на Колыму и посмотреть, как она изменилась за прошедшие годы, но осуществить это ему не удалось. За него это сделала дочь Наталия: в августе 1991 г. посетила Магадан и прииск «Мальдяк». В 2007 г. по книге Н. Королевой «Отец» режиссёр Ю. Кара снял фильм «Королев», рассказывающий о колымском этапе в жизни конструктора.
