馮布朗在美國定居後，事業開始起飛，主要是因為美國與蘇聯之間的太空競賽。1953年，他的團隊開發出美國第一枚彈道飛彈「紅石」，射程達到250英里（402公里）。1955年4月15日，馮布朗正式成為美國公民。「紅石」的修改版「木星C型火箭」（Jupiter-C）在1958年1月底將美國第一顆衛星「探險者一號」（Explorer 1）送上太空，而馮布朗也成為同年2月《時代》雜誌（TIME）的封面人物。
農神五號火箭讓阿波羅11號登月任務升空
後來，馮布朗成為美國國家航空暨太空總署（NASA）馬歇爾太空飛行中心（Marshall Space Flight Center）第一位主任，主導開發阿波羅計畫（Project Apollo）使用的農神五號（Saturn V）火箭，進而讓阿波羅11號（Apollo 11）在1969年7月20日登月成功。
1970年，馮布朗成為NASA的計畫主管。但美國在太空競賽獲勝後，最初的熱情與經費支持逐漸減弱，當時正在進行的越戰（The Vietnam War）也瓜分了許多資源。不過，馮布朗堅定擁護太空旅行：「阿波羅計畫並不像許多人想的那樣荒唐浪費納稅人的錢，而我堅定地認為，這是一個國家極為明智，睿智、有遠見的投資。與以往任何計畫不同的是，阿波羅計畫在美國業界擁有先進的研究和技術。」
然而，由於資金問題，國會議員不支持馮布朗的載人火星任務計畫。馮布朗對美國國會削減預算感到失望，於1972年離開NASA，而他想在月球建立基地、進一步探索外太空探索的宏偉構想至今仍未實現。1973年，他在例行體檢時，發現了腎臟腫瘤；1977年6月16日，他在維吉尼亞州亞歷山卓市（Alexandria）因胰臟癌病逝，享壽65歲。
馮布朗的墓碑上鐫刻著《舊約聖經》〈詩篇第19篇〉（Psalm 19）：「諸天述說神的榮耀，穹蒼傳揚他的手段。」（The heavens declare the glory of God; and the firmament sheweth his handywork.）
堅稱不知道V-2火箭工廠使用奴工
雖然馮布朗在戰後遠離國家社會主義，但美國媒體依舊挖出他曾加入納粹黨並參與挑選集中營囚犯充當奴工製造V-2火箭的不光彩往事，並大加撻伐，但馮布朗拒絕承認在二戰時協助納粹的罪行，並堅稱自己不知道V-2火箭工廠奴工的事。事實上，馮布朗說過：「科學沒有道德層面。」據稱他曾說過，V-2火箭運作完美，只不過降落在錯誤的星球（地球）。
Tawanan dari Prancis yang kelaparan duduk di antara mayat-mayat di sebuah sub-kamp di Mittelbau-Dora, Nordhausen, Jerman. Sub-kamp ini memperkerjakan tawanan dengan paksa, tanpa gaji dan tanpa makanan yang layak. Foto tengah diambil Juli 1944 saat tawanan merakit roket V-2 pic.twitter.com/ORRKqFC9yY
— Cerita Dunia (@HistoriDunia) 2018年12月31日
普立茲獎（Pulitzer Prize）得主、美國記者兼作家比德爾（Wayne Biddle）在其著作《月亮的暗面》（Dark Side of the Moon ）裡，將馮布朗視為直接參與V-2火箭奴工計畫的戰犯，認為他是因為美國政府需要他的協助贏得與蘇聯的太空競賽，才逃過司法審判。比德爾說：「人們在人生中總有選擇，馮布朗從沒有做過遠離納粹政權的選擇。」
馮布朗傳記的作者、加拿大歷史學者紐菲德（Michael J. Neufeld）認為馮布朗對納粹思想並不是非常感興趣，並認為他事業心重。不過，紐菲德也認為馮布朗為納粹效命是「與魔鬼簽協議」，為他的生涯投下深遠的陰影。
