W 1950 Cray rozpoczął pracę w Engineering Research Associates w St. Paul w Minnesocie. Pracował w ERA (nad projektem ERA 1103) w czasie kiedy została wykupiona przez Remington Rand, a następnie Sperry Corporation we wczesnych latach 50. W nowo sformowanym przedsiębiorstwie Sperry-Rand ERA stała się ramieniem obliczeń naukowych w ich oddziale Univaca.
W momencie kiedy dział obliczeń naukowych został odsunięty, w 1957 część pracowników opuściła przedsiębiorstwo i założyła Control Data Corporation (CDC). Cray chciał także od razu przejść z nimi, lecz William Norris odmówił, ponieważ Cray był na ukończeniu projektu dla Marynarki Wojennej, z którą Norris chciał utrzymywać dobre stosunki. Projekt, w którym uczestniczył Cray, został ukończony na początku następnego roku i Cray przeniósł się do CDC.
W roku 1959 ukończył projekt komputera CDC 1604, ulepszonej i niskokosztowej wersji ERA 1103, która miała imponującą moc obliczeniową w stosunku do swojej ceny. W momencie kiedy CDC rozpoczęła sprzedaż 1604 w 1960, CRAY już pracował nad następcą – CDC 6600. Jakkolwiek sprzętowo 6600 nie był szczytowym osiągnięciem technologii, Cray włożył znaczący wysiłek w zaprojektowanie procesora. CDC 6600 był pierwszym superkomputerem, przewyższającym parametrami obliczeniowymi wszelkie dostępne wtedy komputery. Kiedy inne przedsiębiorstwa (konkretnie IBM) usiłowały stworzyć komputer mający podobną moc obliczeniową, Cray wprowadzając 5-krotnie szybszego CDC 7600 jeszcze bardziej podniósł wymagania.
