В 1945 г. старшего лейтенанта Богомолова отозвали из армии и вернули в МЭИ на «Кафедру радиотехнических приборов».
«Алексею Федоровичу посчастливилось не растерять здоровье на фронте, да и природа, когда создавала его, не поскупилась, отпустила сил полной мерой. Молодой, спортивного склада, общительный, энергичный и целеустремленный преподаватель быстро и прочно врос в факультетский коллектив. В 1949 г. он защитил кандидатскую диссертацию, его назначили заместителем декана РТФ» (Евгений Зубков).
А. Ф. Богомолов
До 1954 г. Богомолов читал лекции на РТФ МЭИ и на Высших инженерных курсах в МВТУ им. Баумана, подготовил докторскую диссертацию и написал первый отечественный учебник «Основы радиолокации». Два года Алексея Федоровича «натаскивал» на ракетную тематику декан РТФ профессор В. А. Котельников, руководитель образованного в 1947 г. Сектора специальных работ (с 1958 г. ОКБ МЭИ). Учитель и ученик участвовали в создании системы контроля траектории и определения точки падения ракет Р-2 и Р-5.
«Постановление 1954 г. о разработке межконтинентальной ракеты (Р-7. В.Л.) было встречено в МЭИ с большим энтузиазмом. Уже через год появились опытные образцы бортовой аппаратуры и наземных станций, разработанных коллективом, во главе которого с уходом Котельникова по его рекомендации стал А. Ф. Богомолов. В. А. Котельников заблаговременно ввёл его в дело, назначив своим заместителем в 1952 г., и до 1954 г. они решали основные вопросы жизни сектора совместно» (Б. Е. Черток). В 1954 г. Богомолов вошел в королёвский Совет главных конструкторов как «лучший специалист страны по радиолокации», который должен был обеспечить телеметрические и траекторные измерения ракеты Р-7.
На первом же совещании у Королёва «новенький» всех других главных «буквально потряс, заявив, что у него уже есть собственная программа развития радиолокации и телеметрии, базирующаяся на последних научных открытиях. Более того, он нарисовал захватывающую дух перспективу: вооружить нашу космонавтику «глазами» телевидением европейского стандарта, чтобы вся страна, да что там весь мир увидел работу наших космонавтов (а до полёта Юрия Гагарина оставалось семь лет) на орбите и в межпланетном пространстве».
Богомолов предложил создать сеть приёмных телевизионных наземных антенн вдоль траектории полёта ракеты Р-7 от космодрома Капустин Яр до полигона Кура на Камчатке. При этом разработчик гарантировал получение траекторных измерений и «картинки» с борта КК и ее трансляцию на весь мир. «Мальчишки Богомолова» (С. П. Королёв) в кооперации с другими специалистами оперативно разработали и изготовили для «семерки» бортовую и наземную систему телеизмерений «Трал». (В 1959 г. появились новые системы «Алмаз» и «Рубин».)
Во время первого испытания Р-7 все системы телеметрии спецсектора работали идеально, но при падении головной части ракеты на плазменном участке радиосигнал оказался полностью экранированным. Богомолов создал прибор, который снял эту проблему.
После запуска первого ИСЗ 4 октября 1957 г. Алексею Федоровичу было присвоено звание Героя Социалистического Труда, а многие его сотрудники были награждены орденами и медалями.
А. Ф. Богомолов возглавлял ОКБ МЭИ, насчитывавшее 500 специалистов, до 1988 г. В нем «возникла научно-техническая «школа Богомолова», которую отличали новаторство и смелость технических идей, нетривиальность в подходе к сложным проблемам («нерешаемым»!), опережающая техническая политика, творческое осмысление, проникновение в самую сущность технических и технологических заданий заказчика предлагались
такие решения, которые ему и в голову не приходили. В ОКБ МЭИ по этому поводу ходила шутка (говорят, что автором её был сам Богомолов): «Мы сделаем всё, что вы от нас просите, сделаем лучше других, но при этом сделаем не то, что вы просите, а то, что вам на самом деле необходимо» (Владимир и Клара Величко).
Когда на околоземной орбите 12 апреля 1961 г. оказался КК «Восток» с Ю. А. Гагариным на борту, весь мир увидел обещанную Богомоловым «картинку» изображение отправила на Землю система «Трал-Т». После этого система «Топаз» передавала изображения космонавтов Владимира Комарова, Константина Феоктистова, Бориса Егорова, выход Алексея Леонова в открытый космос
В дальнейшем под руководством А. Ф. Богомолова были «созданы телеметрические системы, системы траекторных измерений и телевизионные системы для межконтинентальных ракет, paкет-носителей и космических аппарaтов; наземные комплексы cистем cпутниковой связи и телевидения «Орбита» (та самая, что пришла в каждый дом к жителям нашей страны! В.Л.) и «Интерcпутник» c пapaболическими антеннами радио- и оптические cистемы для взаимного поискa и сближения космических кoраблей; бoртовой радиолокатор бокового обзорa, c помощью которoгo произведено кaртографирование повepхности Beнepы в 1983 г cпутниковая cистемa экологичеcкого и промышленного мониторинга» (Энциклопедия космонавтики).
Академик АН СССР и РАН, заслуженный деятель науки и техники PCФCP, лауреат Ленинской и двух Государственных премий, кавалер восьми орденов, в том числе трех орденов Ленина, Алексей Федорович Богомолов скончался в День космонавтики 12 апреля 2009 г.