В 1942 году им был разработан первый реактивный самолёт, чья скорость должна была составить 2400 км/ч. Проект не очень оценили. Конструкция без винтов была непривычна, вызывала недоверие, ведь не было ни техники, ни специалистов для реализации.
На свободу Бартини вышел только в 1946 году, а после смерти Сталина его реабилитировали и до конца своих дней он продолжал конструировать летательные аппараты.
Он первый скомпоновал два двигателя «тандемом» на одном крыле и прирост тяги винтов составил 30%. В 1952 году создал проект сверхзвукового самолёта с оживальным крылом-203 и сконструировал летающую лодку-бомбардировщик, способную вертикально взлетать с поверхности моря.
Также он разработал фюзеляж для транспортного самолёта Т-117, развернув для этого двухэтажный корпус на 90° и получив широкий грузовой люк. Самолёт вмещал 80 десантников или 60 раненых на носилках или 60 пассажиров и мог улететь на 7200 км. Именно Бартини в 1961 году представил проект сверхзвукового самолёта-разведчика с ядерным двигателем. А уже в 1974 году предложил оснащать авианосцы подводными крыльями, чтобы корабли развивали скорость в 700 км/час и самолёты могли спокойно садиться на них.
Из 60 его проектов были реализованы всего-то единицы. Но и их хватило, чтобы ему присвоили Ленинскую премию. Именно его считали своим учителем создатель ракетно-космической техники Сергей Королёв и генеральный конструктор ОКБ им. Сухова Михаил Симонов.
Бартини не терял присутствия духа, он считал конструкторскую деятельность главной. Большую часть времени он уделял теоретической физике, считая, что возникновение новых идей можно математически спрогнозировать и рассчитать. Он занимался разработкой методов прогнозирования.
Учёный много думал над устройством мира и сделал вывод, что физические параметры тел напрямую связаны с параметрами времени. У Вселенной шесть измерений, из которых три — это пространственные координаты, а ещё три — это измерения времени, которое не прямолинейно. Настоящее, прошлое, будущее не просто существуют одновременно. У времени есть «поперечные координаты», что говорит о полной гармонии Вселенной.
Также, по Бартини, каждый объект во Вселенной является шестимерным комплексным образованием и равен множеству протяжённостей в пространстве и времени. Но при этом возможны взаимные изменения измерений объекта, а сам объект теоретически может перемещаться в пространстве, путешествуя по времени и путешествовать во времени, перемещаясь в пространстве.Здоровье гениального учёного подорвали лагеря и три инфаркта.
6 декабря 1974 года Роберт Орос ди Бартини был найден мёртвым в квартире на Кутузовском проспекте — отказало сердце. На протяжении трёх с лишним месяцев специалисты Особого отдела Министерства авиационной промышленности изучали бумаги учёного. Потом собрали их в коробки и увезли. Где они сейчас — неизвестно.
В столе покойного было короткое завещание: «Извлеките из моей жизни урок». Также была найдена автобиографическая повесть, оканчивающаяся так: «Пройдут века… В серебряном тумане никто больше не помнит даже имя моё. Тогда я вернусь».
