Zur Überraschung der NASA Experten startete die Sowjetunion nach 16-​monatiger Pause am 12.10.1964 um 07:30 UTC mit einer Woschod 11A57  von Baikonur wieder eine bemannte Mission, womit man dem geplanten Gemini 3 Flug zuvorkam. Erstmals umkreisten drei Kosmonauten in einer Kapsel die Erde. Kommandant Wladimir Komarow, Bordingenieur Konstantin Feoktistow und Bordarzt Boris Jegorow hatten sich für die riskante Mission qualifiziert. Unter großem Zeitdruck hatten sie sich mit den Änderungen am Raumschiff vertraut gemacht, wobei nur Komarow eine wirkliche Kosmonautenausbildung absolviert hatte. Feoktistow hatte als verantwortlicher Konstrukteur des Woschod 3KV Raumschiffs (und später von Sojus) seinen Platz trotz medizinischer Bedenken erhalten und Jegorow flog in seiner Funktion als einer der ersten Raumfahrtmediziner mit, verdankte seine Zulassung zum Training wohl aber hauptsächlich dem Einfluß seines Vaters (eines prominenten Neurochirurgen) im Politbüro. Die drei Kosmoanuten trugen aus Gewichtsgründen nur leichte Trainingsanzüge während des Fluges. Die Platzverhältnisse in der Kapsel zwangen dazu, die Sitze so einzubauen, daß die Besatzung nur unter großen Verrenkungen überhaupt die Instrumente ablesen konnte. Auch ein Blick nach draußen war fast unmöglich. Daher wurde ein Fernsehsystem installiert, das u.a. eine Beobachtung der Gerätesektion mit dem Bremstriebwerk zuließ. Trotz der beengten Platzverhältnisse absolvierte die Besatzung von Woschod tatsächlich noch einige wissenschaftliche Experimente. Dazu zählten medizinische Untersuchungen durch Jegorow, Studien zum Verhalten von Gasen in Flüssigkeiten unter Mikrogravitationsbedingungen, Navigationsexperimente mit einem Sextanten und die Erdbeobachtung. U.a. gelang die erstmalige Beobachtung eines Polarlichtphänomens über der Antarktis aus einem Raumschiff heraus. Auch wurde neben dem Druckgas Lageregelungssystem, über das auch bereits die Wostok Kapsel verfügt hatte, ein kleines elektrisches Triebwerk erprobt. Für westliche Beobachter überraschend endete die Mission bereits nach nur wenig mehr als einem Tag. Hier hatte man allgemein angenommen, die Sowjetunion erprobe ein leistungsfähiges neuartiges Raumschiff im Hinblick auf eine bemannte Mondmission. Chefkonstrukteur Sergej P. Koroljow war es noch einmal gelungen, die Welt zu täuschen. Obwohl die drei Kosmonauten um eine Verlängerung ihres Fluges ersuchten, wurden sie angewiesen, die Landung planmäßig einzuleiten. Als die Kapsel nach einem Flug von 24:17 h am 13.10.1964 um 07:47 UTC am Fallschirm landete, wobei der Aufprall planmäßig von einem kleinen Hilfstriebwerk abgebremst wurde, kehrten die Kosmonauten zu ihrer Überraschung in eine Sowjetunion mit einer neuen politischen Führung zurück. Zunächst wurden sie noch in Unkenntnis gelassen, doch am 15.10.1964 mußten sie ihre bereits vorbereiteten Dankesreden überarbeiten. Statt an Nikita S. Chruschtschow waren die Reden nun an Leonid I. Breschnew adressiert. Denn während ihres Weltraumaufenthaltes war der bisherige Erste Sekretär des ZK der KPdSU, Chruschtschow, abgesetzt worden und Breschnew sowie Kossigin empfingen die Besatzung in Moskau.