Stanowisko to dało mu możliwość ukształtowania wieloletniej strategii podboju kosmosu przez NASA, określonej później mianem „paradygmatu von Brauna”.

Kolejnym dziełem von Brauna była rakieta Saturn V, która pozwoliła wylądować amerykańskim astronautom na Księżycu. Za to osiągnięcie został odznaczony w 1969 roku jednym z najwyższych odznaczeń: Distinguished Service Medal. W 1970 roku został zastępcą dyrektora NASA do spraw planowania, w 1972 odszedł jednak z NASA i podjął zatrudnienie w firmie lotniczej Fairchild Aircraft.

Mimo że cieszył się szacunkiem w Stanach Zjednoczonych, widmo jego nazistowskiej przeszłości powróciło na początku lat siedemdziesiątych. Kiedy „Paris Match” opublikował entuzjastyczny artykuł o von Braunie, do redakcji napłynęło kilka listów od czytelników, którzy rozpoznali człowieka na fotografiach. Czytelnicy byli byłymi więźniami Mittelwerk, w czasie wojny zmuszanymi do pracy nad V2, a ich wspomnienia o von Braunie różniły się diametralnie od charakterystyki przedstawionej w artykule. Twierdzili, że osobiście wydawał rozkazy egzekucji więźniów za rzekomy sabotaż i powinien stanąć przed trybunałem międzynarodowym jako zbrodniarz wojenny.