שיגורי הלוויינים הרוסיים ספוטניק 1 למסלול ב־4 באוקטובר 1957 וספוטניק 2 חודש לאחר מכן שנשא בתוכו כלבה, גרמו להשלכה צבאית ולפיתוח מואץ ומיידי של תוכנית הטילים של חיל האוויר האמריקאי. כחלק מן ההאצה, ב־23 בנובמבר 1957, אישר משרד ההגנה שיגור טילים בליסטיים בעיתות שלום, מבסיס ח"א קוק. חיל האוויר העביר את האחריות על בח"א קוק מידי ARDC לידי פיקוד האוויר האסטרטגי (SAC) ב־1 בינואר 1958. יחד עם ההעברה, SAC קיבלה לידיה את השליטה בשלושת הארגונים שהיו בידי ARDC ואת האחריות להשגת יכולת מבצעית ראשונית (IOC) עבור כוח הטילים המתהווה של חיל האוויר. משימתם הייתה גם לאמן צוותי שיגור.
הארגון מחדש התיר לARDC לשמור על האחריות להפעלת האתר, לנמשיך במחקר, בבדיקות ובפיתוח בדיקות הטילים הבליסטיים. פעילויות אלו בוצעו על ידי משרד שדה של AFBMD שהוקם בבח"א קוק מיד לאחר השינויים בינואר 1958. שיגורים לחלל היו צריכים להעשות על ידי SAC וARDC יחד. עם זאת, מרבית פעילויות אלו בוצעו בסופו של דבר על ידי ARDC. שתי המפקדות, ששיתפו פעולה יחד בבסיס קוק, פיתחו מערכת יחסים קרובה ומתורבתת שפרחה ב־35 השנים שלאחר מכן.
ב־12 בפברואר 1958, מחלקת ההגנה העבירה את האחריות המנהלתית של יופיטר IRBM מהצבא לחיל האוויר. מטה SAC העביר את טייסת הטילים האסטרטגית 864 (יופיטר IRBN) מאלבמה לבח"א קוק. באפריל, מטה SAC הפעיל את טייסת הטילים האסטרטגיים 576 (טילים אטלס בליסטיים) מבח"א קוק. הייתה זו הטייסת הבליסטית הראשונה של SAC והטייסת הראשונה של טילי אטלס. בתחילה, הטייסת כללה שני מתקני שיגור לטילי אטלס D (רכים) שנקראו 576A ו־576B. בחודש יולי, החלו בבניית מתקן הניסויים לטיטן 1, ובאוגוסט הגיע טיל התור הראשון לבח"א קוק.
הרחבת הבסיס.
החלק הדרומי של בח"א קוק (מחנה קוק לשעבר), שכלל יותר מ־19,800 דונם הועברו לרשות הצי האמריקאי במאי 1958. הצי היה באותו זמן בתהליך בניית Pacific Missile Range (מטווח הטילים הפסיפי) (PMR), והמפקדה מוקמה כ־100 מייל צפונית למחנה קוק בפוינט מוגו ומתקני שיגור ומכשור שונים מוקמו לכל אורך חופי קליפורניה ובמספר איים באוקיינוס השקט. האזורים אותם קיבל הצי נקראו "מתקני הטילים של הצי בפוינט ארגואלו" (Naval Missile Facility at Point Arguello). המקום הפך למרכז החשוב ביותר לשיגור טילים ולוויינים של האזור הפסיפי.
ב־16 בנובמבר 1963, מזכיר ההגנה האמריקאי, רוברט מקנמארה הורה על ארגון מחדש של דרך הארגון של מתחמי השיגור והניסוי של משרד ההגנה. חלק מהארגון מחדש כלל העברת חלק ממתחמי השיגור של הצי ביניהם פוינט ארגואלו לחיל האוויר האמריקאי. ההעברה בוצעה בשני שלבים, ב־1 ביולי 1964 וב־1 בפברואר 1965. עם ביצוע ההעברה הצי נשאר ממוקם בפוינט מוגו וחיל האוויר קיבל אחריות על אזורי השיגור לאורך האוקיינוס השקט.
רכישת הקרקעות האחרונה בוצעה ב־1 במרץ 1966, לאחר הודעת חיל האוויר על הקמת קומפלקס השיגור 6, שיועד לשגר לחלל את מעבדת החלל המאוישת של חיל האוויר האמריקאי. מתקני השיגור של הטיטן 3 שיועד לשאת את המעבדה לחלל פלשו לשטחים שהיו בבעלות חברת Sudden Estate. חיל האוויר פתח במשא ומתן עם החברה אך הגופים לא הגיעו להסכמה, והממשלה פנתה לבית המשפט שקבע כי כ־15,000 דונם יועברו לחיל האוויר תמורת סכום של 9,002,500 דולר.
הרחבה אחרונה זו הביאה את הגדילה את שטח הבסיס ל־99,099 הדונמים המרכיבים את הבסיס היום. בסיס ונדנברג הוא כיום הבסיס השלישי בגודלו בארצות הברית אחרי בסיס חיל האוויר אגלין בפלורידה ובסיס חיל האוויר אדוארדס בקליפורניה.
בסיס חיל האוויר ונדנברג.
ב־4 באוקטובר 1958 שמו של הבסיס שונה מקוק לונדנברג לכבודו של גנרל הויט ס. ונדנברג שהיה מפקד חיל האוויר השני.
מבחני טילים בליסטיים.
תור.
המעבר המעשי מבסיס צבאי לבסיס שיגור קרה ב־15 בדצמבר 1958, עם שיגורו המוצלח של הטיל הבליסטי PGM-17 תור. השיגור חנך את תחום השיגורים לטווח בינוני של האזור הפסיפי ובוצע על ידי דיוויזיית הטילים הראשונה. השיגור המוצלח הראשון של טיל תור על ידי חיל האוויר המלכותי בוצע ב־16 באפריל 1959 כחלק מאימון משולב של חיל האוויר האמריקאי והבריטי.
ב־22 באפריל 1960, טייסת טילי התור הבריטית האחרונה הועברה לידי חיל האוויר המלכותי על ידי פיקוד האוויר האסטרטגי, ובכך הסתיים חימוש הצבא הבריטי במערכות טילי התור.
אטלס.
ב־16 באוקטובר 1958, הסתיים בנייתו של משגר האטלס הראשון שהועבר לידי הדיוויזיה הראשונה. הטיל הבליסטי הבין יבשתי הראשון, האטלס D ניתנה לטייסת הטילים 576 ב־18 בפברואר 1959. האטלס D הראשון טס ב־9 בספטמבר 1969 בהצלחה גמורה והוכרז כמבצעי. בחודש שלאחר מכן הוצבו מספר טילי אטלס בעלי ראש נפץ גרעיני בבסיס ונדנברג והיו לטלים הבליסטיים הראשונים שהוצבו בהכן בארצות הברית. באפריל 1960 בוצע שיגור מוצלח של טיל אטלס D מכן שיגור תת־קרקעי מבסיס פרנסיס וורן בוויומינג, ומפקד דיויזיית הטילים הראשונה בבסיס ונדנברג הורה על הפיכת מתרני השיגור התת־קרקעיים למבצעיים.
ביולי 1959 החלו בבנייתם של מתקני השיגור התת־קרקעיים של טיל האטלס E. ב־28 בפברואר 1962 בוצע השיגור המוצלח הראשון של האטלס E, ובנובמבר החלו בבנייתם של מתקני הסילו (מתקן שיגור מיוחד תת־קרקעי) של טיל האטלס F. האטלס F הראשון הגיע לוונדנברג ביוני 1961 ושוגר בהצלחה ב־1 באוגוסט 1962.
במהלך אותה תקופה היו בבסיס ונדנברג שני אתרי שיגור לאטלס D, שני אתרים לאטלס E ושלושה אתרים לאטלס F. טילי האטלס D הוצאו מכוננות במאי 1964 כחלק מתהליך פרישת טילי האטלס משימוש כטילים בליסטיים. הניסוי האחרון בטיל האטלס F בוצע ב־18 בינואר 1965 והטייסת האסטרטגית 5876 הפכה ללא־פעילה ב־2 באפריל 1966. סך הכל שיגרה טייסת 576 53 טילי אטלס D, שבעה טילי אטלס E ושבעה טילי אטלס F בין 1959 ל־1965.
טילי אטלס שוגרו מבסיס ונדנברג בשנים שלאחר מכן בתור משגרי לוויינים, שנשאו מגוון לוויינים רחב למסלול סביב כדור הארץ.
טיטן 1.
הטיטן 1 היה הטיל הבליסטי הרב־שלבי הראשון של ארצות הברית. עם פרישתו, הפך הטיטן למרתיע נוסף לכח הגרעיני האמריקאי יחד עם טילי האטלס השונים. הטיל היה הראשון בסדרת הטילים טיטן, והיה צעד חשוב בבניית כח הטילים של חיל האוויר האמריקאי.
ביולי 1958 החלה בנייתו של מתקן המבנים של הטיטן 1. המתקן היווה אב־טיפוס למתקני השיגור של הטיטן 1. המתקן הושמד ב־3 בדצמבר 1960 כאשר הטיל התפוצץ במהלך הורדתו לתוך המתקן ולא היו נפגעים. היה זה אסון הסילו הראשון בוונדנברג.
שיגור הסילו המוצלח הראשון של הטיטן 1 בוצע בדצמבר 1961 ושיגור הSAC המוצלח הראשון בוצע בינואר 1962 וכתוצאה מכך הועבר מתקן השיגור לידי פיקוד האוויר האסטרטגי כדי לשמש כמתקן ניסוי עבור הטיל.
עם זאת, חייו המבצעיים של הטיל לא ארכו זמן רב. בנובמבר 1964 הכריז מזכיר ההגנה רוברט מקנמארה שטילי הדור הראשון האמריקניים שכללו את טילי האטלס E, אטלס F והטיטן 1, יוצאו משירות עד סוף יוני 1965.
ב־5 במרץ 1965 הניסוי האחרון בטיל הטיטן 1 שבוצע על ידי פיקוד האוויר האסטרטגי הסתיים בהצלחה. סך הכל ביצעה טייסת 395 (שפעלה כחלק מפיקוד האוויר האסטרטגי) 19 שיגורים בין 1963 ל־1965 לפני שעברו לשיגור טילי הטיטן 2. במהלך שנות ה־80 בוצעו מספר שיגורים של השלב השני של הטיטן 1 כחלק מיוזמת ההגנה האסטרטגית.
טיטן 2.
הטיטן 2 היה טיל בליסטי מן הדור השני שהיה בעל יכולות הנחיה אינרציאליות ויכולת שיגור מתוך הסילו. בניית אתר השיגור הראשון לטיטן 2 החל ב־1962 ובסופו של דבר נבנו והופעלו 4 מתקני שיגור כאלו בוונדנברג. רוב מבני השיגור שלו בוצעו מנמל החלל קייפ קנוורל אך השיגור הראשון מתוך סילו בוצע באפריל 1963 מבסיס ונדנברג. מבחן השיגור המבצעי והמלא הראשון בוצע במרץ 1965.
מבחני השיגור המבצעיים נמשכו עד 1985. הטיטן 2 הוסב גם לשני משגרים. הטיטן 2 GLV נשא את חלליות ג'מיני לחלל והטיטן 223G נשא לוויינים למסלול סביב כדור הארץ עד ל־2003.
Minuteman.
פיתוח מנועי דלק מוצק נתן לטיל הLGM-30 Minuteman התלת־שלבי יתרון משמעותי על פני טילים בליסטיים קודמים. בפברואר 1961 החלו בבניית מתקן השיגור לטיל בוונדנברג. שיגור הניסוי הראשון של דגם הIA של הטיל החלו בספטמבר 1962, ושיגור דגם הIB היה במאי 1963. ב־24 בפברואר 1966 בוצע שיגור סימולטני מוצלח של שני טילי IA. בשיגור זה נבחנו טכניקות ספירה לאחור וטכניקות שיגור למקרה בו יאלצו לבצע שיגורים רבים באותו זמן במקרה של מלחמה. מבחני הטיל מדגם הI נמשכו עד 1968.
הניסויים בטיל הLGM-30F Minuteman II החלו באוגוסט 1965 עם שיגור מוצלח של הטיל. הטיל עבר מרחק של 5,000 מייל לתוך האוקיינוס השקט ופגע במטרתו. שיגור סימולטני בוצע בהצלחה ב־22 באוקטובר 1970. השיגור האחרון של טיל זה בוצע באפריל 1972.
השיגור הראשון של הטיל LGM-30G Minuteman III בוצע ב־5 בדצמבר 1972. הטיל טס למרחק של 1,300 ק"מ לפני פגיעתו במטרה. שיגורים של טיל זה נמשכים עד היום מבסיס ונדנברג.
LGM-118 Peacekeeper.
הטיל הבליסטי האחרון שנבחן בוונדנברג הוא הLGM-118 Peacekeeper שמבחניו החלו ביוני 1983. מלבד יכולתו לעוף לטווחים רחוקים יותר מטילים שקדמו לו, יכול הפיסקיפר לשאת 10 ראשי נפץ שיפגעו במטרות שונות. הטיל תוכנן להחליף את המינטמן אבל בגלל זמן פיתוח ממושך הוא פרש ב־2005 לפני המינטמן.