Le 6^ème lanceur Voskhod (11A57 n°Р15000-04) décolle du pas de tir n°5 de la zone n°1 du cosmodrome de Baïkonour le 12 octobre 1964 à 07h30 GMT.

Le vaisseau Voskhod (3KV n°3) est placé sur une orbite 178km x 409km x 65°, ce qui lui permet au passage de battre le record d'altitude, détenu jusqu'alors par le Vostok de Youri GAGARINE.

Remarquons que le vaisseau est bel et bien baptisé Voskhod, et non pas « Voskhod-1 » comme on peut souvent le voir dans la littérature occidentale.

Au cours des six premières orbites, le système de survie du vaisseau connaît quelques difficultés. La température passe en effet de 15°C à 21°C et l'humidité de 45% à 60%.

Dès la troisième orbite, EGOROV commence à remplir les tâches médicales qui lui ont été confiées : il réalise plusieurs tests, dont des prises de sang sur ses camarades. Au cours de la même orbite, Nikita KHROUCHTCHEV s'entretient par radio avec l'équipage.

Les trois hommes prennent leur premier repas spatial au cours de la quatrième orbite. Au cours des orbites n°5 et 6, FEOKTISTOV réalise des observations visuelles des couches nuageuses et prend des photos. EGOROV, lui, mène plusieurs études sur les systèmes vestibulaire et cardiovasculaire. Pendant ce temps, KOMAROV procède aux essais du premier moteur ionique de l'Histoire.

A 11h00 GMT, la télévision soviétique diffuse quelques images en direct de l'intérieur du Voskhod. EGOROV continue ses expérimentations, qui portent notamment sur les réflexes, les réactions psychologiques et le comportement de l'œil.

Le 13 octobre 1964, après environ 24h de vol, alors que Sergueï KOROLIOV s'apprêtait à donner l'ordre de rentrer à l'heure qui avait été prévue, KOMAROV demande par radio l'autorisation de rester en orbite 24h supplémentaires. Cette requête est immédiatement rejetée, car Voskhod est un vaisseau bien trop dangereux et fragile pour se permettre de s'écarter du plan de vol.

Peu après 07h00 GMT, le moteur TDU est mis à feu et le module de descente entame sa rentrée dans l'atmosphère. Tout se passe conformément aux prévisions, et l'atterrissage a lieu à 07h47 GMT, 312km au nord-est de la ville kazakhe de Koustanaï (54°02'00"N, 68°08'00"E).

Le vol aura duré 24 heures et 17 minutes, soit 16 orbites ou 670 000km parcourus.

Immédiatement après l'atterrissage, KOMAROV détache le parachute devenu inutile de façon à éviter que le vaisseau ne soit traîné sur le sol sous l'effet du vent. Il ouvre ensuite l'écoutille et attend les équipes de récupération, qui ne tardent pas à arriver.

Les trois cosmonautes sont très rapidement rapatriés au cosmodrome de Baïkonour, d'où ils peuvent s'entretenir par téléphone avec Nikita KHROUCHTCHEV.

Dès le lendemain, ce dernier sera écarté du pouvoir politique et remplacé par Leonid BREZHNEV. Le 19 octobre, soit six jours après leur retour, les cosmonautes sont reçus triomphalement à Moscou.