Kelly berkontribusi penting dalam kemajuan dunia penerbangan melalui berbagai inovasi penting dalam rancangan pesawat. Peran tersebut memberinya sekirtar enam puluh medali atau bentuk penghargaan lain. Tidak berlebihan jika sejumlah kalangan menilainya sebagai perancang pesawat terbaik abad ke-20 (Aviation Megazine, 2005).
Selama empat dekade aktif di industri pesawat Kelly terlibat proses perancangan lebih dari empat puluh pesawat. Termasuk memimpin perancangan beberapa pesawat yang pengoperasiannya menandai kemajuan penting teknologi pesawat terbang. Unjuk kerja pesawat yang sebelumnya dianggap mustahil akan tercapai, dapat diwujudkan pada pesawat hasil rancang bangun Kelly beserta timnya, seperti kecepatan terbang 3 Mach atau tiga kali kecepatan suara yang mampu dilakukan pesawat SR-71 Black Bird, pesawat yang hingga kini masih tercatat sebagai pesawat terbang (bukan eksperimen) tercepat.
Skunk Works
Keahlian Kelly dalam teknis perancangan, disertai kemampuan mengorganisasi proses rancang bangun pesawat. Ia merintis devisi elite Skunk Works di lingkungan industri pesawat Lockheed. Berawal dari permintaan Departemen Pertahanan kepada Lockheed untuk membuat jet tempur berkecepatan di atas 600 mph dalam waktu singkat, Lockheed membentuk tim khusus untuk mewujudkannya. Kelly, yang sebelumnya sukses merancang pesawat P-38 ditunjuk untuk memimpin tim tersebut.
Sebulan kemudian Kelly menyerahkan konsep pesawat XP-80. Dua hari berikutnya, setelah mendapat persetujuan, Kelly dibantu 23 perancang dan 30 mekanik bengkel mulai bekerja mewujudkan pesawat tersebut. Tim yang kemudian dikenal sebagai "Skonk Works", sebelum akhirnya diubah menjadi "Skunk Works", bekerja secara rahasia di dalam sebuah tenda sirkus di lingkungan Lockheed Aerospace di Burbank, California. Hanya dalam tempo 143 hari pesawat P-80 berhasil diwujudkan. Pesawat ini merupakan pesawat tempur bermesin jet pertama Amerika.
Keberhasilan merancang bangun pesawat P-80 menjadi awal kiprah Skunk Work dalam penciptaan sejumlah pesawat lain, yang beberapa di antaranya mengimplementasikan inovasi penting teknologi kedirgantaraan abad ke-20. Di antaranya pesawat F-103 Starfighter, pesawat dengan kecepatan terbang maksimum 2 Mach (dua kali kecepatan suara), pesawat U2, pesawat pengintai yang mampu beroperasi hingga ketinggian 75.000 ft, pesawat SR-71 Black Bird serta pesawat berkarakteristik siluman pertama, F-117A.
Pola kepemimpinan Kelly menjadi faktor penting kesuksesan tim Skunk Works. Pendekatan personal dan prinsip-prinsip kerja yang diterapkan Kelly mampu memotivasi semangat anggota timnya. Suasana kerjapun membuat beberapa anggotanya menolak promosi jabatan dilingkungan Lockheed demi tetap menjadi bagian dari Skunk Work. Skunk Work, yang keberadaannya di lingkungan Lockheed diformalkan menjadi divisi Advanced Development Project, hingga kini masih berperan penting dalam pengembangan pesawat baru, di antaranya perancangan jet tempur generasi lima F-22 Raptor dan F-35 JSF.
Cita-cita Kelly
Minat Kelly terhadap bidang perancangan pesawat telah tumbuh sejak kecil. Di usia tiga belas anak seorang imigran asal Swedia kelahiran 27 Februari 1910 itu telah membuat rancangan pesawat pertamanya, berupa model pesawat yang diberi nama "Merlin battle plane". Karyanya itu berhasil memenangkan lomba desain pesawat. Prestasi yang meneguhkan cita-citanya untuk kelak menjadi perancang pesawat.
Namun, tak mudah bagi Kelly untuk merintis karir di dunia penerbangan. Upaya awal yang ia lakukan, yakni membekali diri dengan kemampuan menerbangkan pesawat terkendala biaya. Instuktur pilot yang ia datangi menyatakan uang yang ia bawa jauh dari mencukupi, sebaiknya digunakan saja untuk mendaftar di universitas. Kelly, yang ketika itu berusia 19 tahun, kemudian kuliah di jurusan auronautika University of Michigan. Lulus kuliah ia mendaftar di US Army Air, berharap jadi kadet penerbang. Namun, gagal melewati tes masuk.
Gagal bergabung dengan US Army Air Kelly mendatangi Lokheed cabang Burbank, yang ketika itu baru melakukan reorganisasi setelah mengalami kebangkrutan, menyampaikan minat untuk bergabung. Tetapi, seorang petinggi bagian rekayasa, Richard vob Hake, menyatakan belum ada pekerjaan untuknya. Kelly disarankan untuk kembali ke bangku kuliah serta diminta datang lagi tahun depan. Tahun berikutnya (1933), setelah menyelesaikan tingkat master (S-2) di Universitas Machigan, Kelly datang lagi ke Lockheed. Kali ini ia terima, dengan posisi sebagai perancang alat perkakas.