В 1924 году московская газета «Гудок» публикует рассказ Беляева «Голова профессора Доуэля», в 1925 году тот же рассказ выходит в журнале «Всемирный следопыт», в 1928 году рассказ был переработан в роман.

В 1926 году в издательстве «Земля и фабрика» выходит первая книга Александра Беляева — сборник рассказов «Голова профессора Доуэля».

В московский период также созданы романы писателя «Последний человек Атлантиды» («Всемирный следопыт», 1925, № 5 – 8; отдельное издание — 1927), «Властелин мира» («Гудок», 1926, 19 – 24, 26 – 31 октября, 2 – 6, 10 – 14, 16 – 18 ноября; отд. изд. — 1929), «Остров погибших кораблей» («Всемирный следопыт», 1926, № 3 – 4; 1927, № 5 – 6; отдельное издание — 1927), «Человек-амфибия» («Вокруг света», 1928, № 1 – 13; отдельное издание — 1928). Помимо своего имени писатель использует псевдонимы «А. Ром» и «Арбель».

У протагониста «Человека-амфибии», как и у профессора Доуэля, был прототип — некто Иктанер, персонаж романа «Иктанер и Моизетта» французского писателя Жана де Ла Ира. В послесловии к журнальной публикации писатель рассказывал, что в основе произведения лежат также реальные события.

В своих произведениях А. Р. Беляев популяризовал идеи русского космиста К. Э. Циолковского. Так, в 1930 году выходит очерк «Гражданин Эфирного острова». В 1933 году в издательстве «Молодая гвардия» выходит роман «Прыжок в ничто». При подготовке второго издания писатель учел замечания, сделанные Циолковским. Философ написал предисловие к роману, посвященному ему. В 1934 – 1935 годах Беляев и Циолковский вели переписку.

1 августа 1934 года в Ленинградской гостинице «Астория» состоялась встреча советских ученых и писателей с Гербертом Уэллсом, который, в частности, указал на высокие преимущества известных ему произведений советского фантаста, а А. Р. Беляев указал английскому фантасту на угрозу фашизма. Еще в 1933 году Беляев написал публицистический очерк Огни социализма, или Господин Уэллс во мгле» в ответ на книгу Уэллса «Россия во мгле».