Осенью 1959 года их начали группами вызывать в Москву, чтобы провести более детальное обследование в стенах Центрального авиационного госпиталя в Сокольниках. Перед этим, 30 сентября 1959 года, приказом Главнокомандующего ВВС была создана Главная медицинская комиссия, в задачу которой входило вынесение окончательного экспертного заключения. Консультантами комиссии выступали авторитетные академики.

Кандидаты прибывали группами по 20–30 человек. В первые дни отбора (уже в госпитале) 18 человек не захотели проходить процедуры. На этот раз причиной отказа стали опасения, что неудача может помешать дальнейшей летной карьере. Еще два человека были отбракованы по медицинским показателям. Кроме всевозможных анализов и осмотров, кандидатов подвергали так называемым «нагрузочным пробам»: выдерживали в барокамере, крутили на центрифуге, встряхивали на вибростенде, проверяли устойчивость организма к гипоксии. Испытание преодолели только 134 летчика. По утверждению ветеранов отряда космонавтов, требования, которые выдвигали к кандидатам, были явно завышенными. И это выглядит логичным: хотя общее представление о факторах космического полета уже сложилось, никто из ученых в то время не мог сказать, какое влияние на человеческий организм окажет их совокупное воздействие.

Лейтенант Юрий Алексеевич Гагарин прибыл в госпиталь 24 октября 1959 года. Благополучно прошел медицинские осмотры у окулиста, терапевта, невропатолога, ларинголога, хирурга. Успешно выдержал испытания на стендах. При этом он неизменно оставался в бодром расположении духа, а впоследствии, вспоминая этот строгий медицинский отбор, шутил: «Врачей было много, и каждый строг, как прокурор». В госпитале Гагарин старался показать себя с выгодной стороны, а его здоровье было безукоризненным.

11 января 1960 года Главнокомандующий ВВС подписал директиву № 321141, согласно которой была организована специальная воинская часть (в/ч 26266), позднее преобразованная в Центр подготовки космонавтов. Отобранных летчиков снова начали вызывать в Москву. На этом этапе, названном в документах «темой № 6», проверяли устойчивость организма к факторам космического полета. Кандидатов вновь с нарастающей нагрузкой испытывали на вибростенде, в барокамере, вращали на центрифуге. Иногда процедуры прерывались, и медики уступали место психологам, устраивавшим индивидуальные и коллективные занятия. «Врачи выявляли, – вспоминал позднее Гагарин, – какая у нас память, сообразительность, сколь легко переключается внимание, какова способность к быстрым, точным, собранным движениям». Сохранялся принцип добровольности: кандидаты в любой момент могли отказаться от дальнейшего участия в программе и вернуться восвояси. Отбор был очень серьезный: Евгений Васильевич Хрунов свидетельствовал, что из тридцати человек его группы к концу второго этапа остался он один.

Длительные изматывающие испытания, вынужденное безделье в стенах госпиталя, неопределенность будущего, невозможность поделиться с близкими своими тревогами так или иначе подталкивали летчиков к откровенности с себе подобными. Стала формироваться компания друзей, и Юрий Гагарин внезапно оказался ее лидером: он подбадривал, помогал, советовал, ходатайствовал, а главное – держался увереннее остальных, словно всю жизнь только тем и занимался, что проходил госпитальные тесты. Чтобы снять всеобщее нервное напряжение и занять мающихся офицеров, Юрий придумал выпускать сатирическую стенгазету «Шприц», первый номер которой появился 9 февраля и привлек всеобщее внимание. В дальнейшем газетой занимался Алексей Архипович Леонов, в котором проявился талант художника.

Пройти комиссию по «теме № 6» удалось лишь двадцати девяти офицерам. Но поскольку в директиве Главнокомандующего ВВС было прямо сказано, что состав первого отряда не должен превышать двадцати человек, комиссии понадобилось сделать еще один, окончательный, выбор, переведя девятерых в «резерв».

Какими соображениями руководствовались на этом последнем этапе, сегодня никто сказать не может. Но результат хорошо известен. 25 февраля 1960 года был объявлен окончательный состав будущего отряда: Иван Николаевич Аникеев (27 лет), Павел Иванович Беляев (35 лет), Валентин Васильевич Бондаренко (23 года), Валерий Федорович Быковский (26 лет), Валентин Степанович Варламов (26 лет), Борис Валентинович Волынов (26 лет), Юрий Алексеевич Гагарин (26 лет), Виктор Васильевич Горбатко (26 лет), Дмитрий Алексеевич Заикин (28 лет), Анатолий Яковлевич Карташов (28 лет), Владимир Михайлович Комаров (33 года), Алексей Архипович Леонов (26 лет), Григорий Григорьевич Нелюбов (26 лет), Андриян Григорьевич Николаев (31 год), Павел Романович Попович (30 лет), Марс Закирович Рафиков (27 лет), Герман Степанович Титов (25 лет), Валентин Игнатьевич Филатьев (30 лет), Евгений Васильевич Хрунов (27 лет), Георгий Степанович Шонин (25 лет).

7 марта 1960 года двенадцать кандидатов из двадцати были представлены Главнокомандующему Военно-воздушных сил, главному маршалу авиации Константину Андреевичу Вершинину. В тот же день приказом № 267 все они были зачислены на должность «слушателей-космонавтов» Центра подготовки космонавтов ВВС (ЦПК ВВС). Руководил их подготовкой легендарный летчик генерал-лейтенант Николай Петрович Каманин, назначенный помощником главкома ВВС по космосу.

После итогового заседания мандатной комиссии пилоты вновь разъехались по своим гарнизонам, но теперь уже для того, чтобы вернуться в Москву с семьями и с новой профессией.

3 марта 1960 года вышел приказ министра обороны СССР № 0031 «Временное положение о космонавтах», на основании которого определялись статус и обязанности космонавта. В документе употреблено новое для русского языка слово – «космонавт».

Автором неологизма по праву считается Ари Абрамович Штернфельд – крупнейший советский теоретик космонавтики. Он использовал его в своих работах еще до войны, за что его часто критиковали коллеги. Штернфельд в ответ резонно указывал, что нельзя называть новую сферу деятельности человечества по одной из ее возможных целей, ведь «астра» означает «звезда». В любом случае «летчик-космонавт» звучало более по-русски, чем «пилот-астронавт».

К переезду новоиспеченных членов отряда космонавтов в Москву жилье для них еще не было готово, поэтому группу разместили в здании метеослужбы Центрального аэродрома имени Фрунзе, напротив метро «Динамо». Теоретические занятия начались утром 14 марта. Первую лекцию прочитал специалист по космической медицине Владимир Яздовский. Он детально рассказал будущим космонавтам о действии перегрузок, невесомости, ввел в курс медико-биологических проблем.

Сергей Королев, узнав, что занятия ограничились медицинской тематикой, приказал своим сотрудникам Михаилу Тихонравову, Константину Феоктистову и Виталию Севастьянову, а также физикам из Академии наук, подключиться к обучению слушателей. Они стали читать лекции по ракетной технике, динамике полета, конструкции корабля «Восток». Также изучались астрофизика, геофизика, космическая связь и другие узкоспециальные дисциплины.

13 апреля 1960 года всю группу отправили на парашютную подготовку в город Энгельс. Ею руководил полковник Николай Константинович Никитин – известный парашютист, заслуженный мастер спорта, обладатель нескольких мировых рекордов и испытатель первых катапульт. Разумеется, все слушатели, будучи кадровыми летчиками, знали, как пользоваться парашютом. К примеру, у Юрия Гагарина за спиной было пять парашютных прыжков. Но когда Никитин познакомил их с программой подготовки, будущие космонавты были потрясены. Ведь им предстояли не просто прыжки, а настоящие полеты: с различной высоты, при различном направлении и силе ветра, с посадками не только на землю, но и на воду. Планировались и прыжки с задержкой раскрытия парашюта от 10 до 50 секунд.