В 1935 г. В. С. Пугачёв был назначен начальником кафедры воздушной стрельбы ВВА им. Н. Е. Жуковского. В короткий срок им были разработаны основы теории воздушной стрельбы — новой отрасли авиационной науки, создан учебный курс, написан учебник и подготовлены научно-педагогические кадры. Впоследствии первоначально изданный ВВА им. Н. Е. Жуковского учебник лег в основу книги «Теория воздушной стрельбы» (1940). В апреле 1939 года защитил докторскую диссертацию на тему «Общая задача о движении вращающегося артиллерийского снаряда в воздухе» и летом 1939 года был утвержден в ученой степени доктора технических наук и в ученом звании профессора.

В 1935 г. В. С. Пугачёв выполнил работу по комплексной оценке эффективности стрельбы в воздушном бою, впервые применив методы исследования операций и системного анализа для научного обоснования направлений развития авиационной техники. Таким образом, В. С. Пугачёв является основоположником исследования операций и системного анализа в нашей стране, на несколько лет опередившим аналогичные исследования за рубежом.