Он вступил в партию большевиков в 1920 году и в том же году был мобилизован в Красную Армию на советско-польскую войну. После 1921 года работал в комсомольской сфере в Смоленске и Москве. После возвращения в Красную Армию стал политкомиссаром в подразделении военных шаров, базирующемся в Кунцево, пригороде Москвы. Прокофьев показал себя хорошим воздухоплавателем, вскоре начал командовать первым отрядом дирижаблей и показал себя эффективным кандидатом в руководители зарождающейся советской стратосферной программы.