В 1853 году полковник Константинов заинтересовался совершенно новой тогда отраслью - воздухоплаванием.
Он поместил в «Артиллерийском журнале» статью под названием «Устройство, приготовление и употребление воздушных шаров».
В сентябре 1855 года во время Крымской войны он был командирован в Ревель с командой ракетчиков для защиты побережья от возможной высадки неприятельского десанта.
За плодотворную деятельность 9 января 1855 года Константинову было объявлено монаршее благоволение, а 17 апреля он был награждён орденом Святого Владимира 3-й степени «за отличие, усердие и ревностную службу».
Ноября 1855 года в Петербургское ракетное заведение был переведён по службе из Севастополя артиллерийский поручик граф Лев Николаевич Толстой.
26 августа 1856 года Константинов был награждён бронзовой медалью на Андреевской ленте в память войны 1853−1856 годов.
В течение всего 1856 года начинающий, но уже получивший широкую известность литератор, а в будущем великий русский писатель, часто бывал в гостях у Константинова в доме № 38 по Разъезжей улице в Санкт-Петербурге.
В 1856 году Константинов опубликовал обстоятельную работу «Воздухоплавание», в которой впервые в русской печати излагалась история этого направления науки.
В этой статье впервые в мире была рассмотрена идея применения ракетных двигателей для движения и управления аэростатом.
В 1857 году в «Морском сборнике» Константинов опубликовал работу с анализом всех предложений, связанных с подводным плаванием, в том числе и предложенных известным русским инженером генерал-адъютантом Карлом Aндреевичем Шильдером, применившим боевые ракеты на первой в мире цельнометаллической подводной лодке.
В 1857-1858 годах Константинов находился за границей, где изучал состояние ракетной техники.
За проект «нового ракетного заведения» в 1859 году Константин Иванович Константинов был награждён орденом Святого Станислава 1-й степени.
В этом же году он был награждён Командорским Крестом ордена Нидерландского Льва за услуги, оказанные голландской артиллерии, и испанским орденом Изабеллы Католической.
В 1860 году Константин Иванович прочитал курс лекций «О боевых ракетах» в Михайловской артиллерийской академии.
В 1861 году его лекции были опубликованы в Париже на французском языке.
Двухпустотная ракета Константинова, 1862 год.
В апреле 1862 года Константинов был награждён орденом Святой Анны 1-й степени «за отлично усердную службу».
Так был оценён его труд по созданию современной промышленной базы ракетного оружия России.
За составление записки с чертежами по изготовлению боевых ракет Константинов в апреле 1864 года королём Вюртембергским Константинов был награждён Большим крестом ордена Фридриха.
В декабре 1864 года французский император наградил Константинова Командорским Крестом ордена Почётного Легиона.
В 1864 году его лекции «О боевых ракетах» в обратном переводе с французского языка на русский были опубликованы в России.