Die erste von zwei für 1972 geplanten Raumsonden zur Venus startete am 27.03.1972 mit einer Molnija-​M 8K78M mit Block-​MVL vom Kosmodrom Baikonur. Aus einem Parkorbit um die Erde beschleunigte die Fluchtstufe Venera 8 mit Kurs auf den Planeten. Die Venera 3 V (V-​72) Sonden entsprachen weitgehend ihren Vorgängern und waren die letzten Exemplare dieser ursprünglichen Sondenkonfiguration aus dem Konstruktionsbüro von Georgi N. Babakin

. Nach einem Flug von 117 Tagen erreichte Venera 8 die Venus und setzte am 22.07.1972 einen Lander ab. Die übermittelten Daten aus der Atmosphäre und von der Planetenoberfläche deckten sich weitgehend mit denen von Venera 7. Erstmals ging der Landeapparat jedoch nicht auf der Nachtseite der Venus nieder, sondern in der kleinen beleuchteten Venussichel der Tagseite. In der Atmosphäre registrierten die Sensoren des Landers minimale Spuren von Ammoniak, was als Nachweis vulkanischer Aktivität gewertet wurde. Aus Frequenzverschiebungen der Funksignale konnten zudem Windgeschwindigkeiten bis zu 100 ms^–1  abgeleitet werden. Ein Gammaspektrometer analysierte nach der Landung die Zusammensetzung des Venusgesteins an der Landestelle. Hinsichtlich zukünftiger Missionen bedeutsam waren auch die Daten von zwei Fotometern, die zeigten, daß trotz der dichten Wolkenschicht und Atmosphäre immerhin noch 3% des Sonnenlichts die Planetenoberfläche erreichten, genug um Bildaufnahmen von der Landestelle anfertigen zu können. Das bestimmte das Design der nächsten Doppelmission des Venera-​Programms. Während des Abstiegs waren insgesamt 50 min lang Daten empfangen worden. Allerdings brach das Signal nur 11 s nach der Landung ab. Daher wurde das Kühlsystem für die Lander der nächsten Generation nochmals verbessert. Die letzten von Venera 8 übertragenen Daten ergaben eine Temperatur von 470±8 °C und einen Druck von 93 atm.