Летом 1964 года в группе космонавтов, проходивших подготовку для полета в трехместном «Восходе», осталось семь человек. Из них Николай Каманин сформировал два экипажа. Первый – Борис Валентинович Волынов, Георгий Петрович Катыс, Борис Борисович Егоров. Второй – Владимир Михайлович Комаров, Константин Петрович Феоктистов, Алексей Васильевич Сорокин. Кандидат Василий Григорьевич Лазарев стал запасным для обоих экипажей.

Генерал-лейтенант Каманин, убежденный, что летать в космос должны только военные, был категорически против гражданских кандидатов, тем более подготовленных на скорую руку. Феоктистов, по мнению Каманина, лететь не мог, так как у него, помимо слабого зрения, были выявлены и другие сложности со здоровьем. Нашлись проблемы и у Катыса. От сотрудников КГБ генерал-лейтенанту стало известно, что «у Катыса, кроме расстрелянного отца, есть еще брат и сестра (по отцу) в Париже, и Катыс ничего не написал о них в своей автобиографии. Правда, они уехали в Париж еще в 1910 году, за 16 лет до рождения Катыса, но, тем не менее, все это очень портит портрет кандидата в космонавты». По тем временам наличие родственников за рубежом было серьезным «пятном» в биографии.

12 августа Каманин доложил, что оба экипажа подготовлены к полету, но заметил: «Феоктистова врачи забраковали по здоровью, а Егорова по результатам обследований они оценивают значительно ниже Лазарева и Сорокина». Острая дискуссия между специалистами и военными разгорелась с новой силой. В конце августа у кандидатов появились новые проблемы. Катыс и Егоров лишь «удовлетворительно» перенесли испытательные полеты на невесомость, а вестибулярные тренировки существенного результата не принесли.

В связи с этим Каманин пытался согласовать предложения ВВС по новому составу первого экипажа: Волынов, Комаров и Лазарев. Но его предложение отвергли. Споры продолжались весь сентябрь, в результате Сергей Королёв сумел настоять на своем варианте экипажа для первого «Восхода».

4 октября оба экипажа, члены Госкомиссии, Юрий Гагарин и Андриян Николаев на самолете «Ан-10» прибыли на полигон. Началась предстартовая подготовка. Космонавты продолжили изучать программу полета, рассчитанного на сутки. Все семеро, и особенно Константин Феоктистов, понимали, что в этом полете риск для его участников весьма велик. Помимо конструктивных особенностей корабля «Восход», снижающих надежность системы в целом, была еще одна серьезная проблема: ограничения по массе не позволили обеспечить космонавтов запасом средств жизнеобеспечения больше, чем на двое суток. Таким образом, возможность спуска корабля при отказе тормозных двигателей за счет естественного торможения исключалась.

11 октября состоялся вывоз ракеты с кораблем на старт. При тестах выяснилось, что не работает телеметрическая система «Трал» третьей ступени. Систему пришлось менять прямо на ракете, уже установленной на стартовом столе. В этот же день Николай Каманин вручил командиру экипажа Владимиру Комарову коммунистические реликвии из Музея Ленина в Москве: портрет Карла Маркса, принадлежавший Владимиру Ильичу Ленину, фотографию Ленина с газетой «Правда» в руках и красный бант со знамени Парижской коммуны.

12 октября 1964 года в 10 часов 30 минут по московскому времени с 1-й площадки полигона Тюра-Там, известного всему миру как космодром Байконур, стартовала ракета-носитель 11А57, которая вывела на орбиту первый в мире трехместный космический корабль «Восход», пилотируемый экипажем в составе: командир-инженер – полковник Владимир Комаров; научный сотрудник-космонавт – кандидат технических наук Константин Феоктистов, врач-космонавт – Борис Егоров. Во время выведения связь с экипажем поддерживал Юрий Гагарин.

Об успешном пуске Сергей Королёв доложил Никите Хрущёву, отдыхавшему в Пицунде, а затем другим руководителям правительства, включая Леонида Брежнева. Однако последним было в те дни не до космоса. Подготовка государственного переворота, который произошел на следующий день, была в самом разгаре.

В это время экипаж под позывными «Рубины» приступил к выполнению программы полета. На первом витке Егоров провел медицинский контроль экипажа, затем все позавтракали. На втором витке космонавты передали приветствие участникам Олимпиады, проходившей в Токио. На третьем и четвертом витках космонавты проводили физиологические исследования: измеряли кровяное давление, легочную вентиляцию, брали мазки крови. С помощью специальных таблиц исследовалась работоспособность в первые часы полета. На четвертом витке экипаж пообедал. Затем, согласно плану полета, Комаров попытался уснуть. Феоктистов и Егоров несли вахту, вели переговоры с Землей. Феоктистов наблюдал за облаками, определял с помощью приборов их яркость, контрастность, фиксировал прозрачность при разных углах освещенности. Егоров исследовал сердечно-сосудистую систему и вестибулярный аппарат сначала у себя, потом у Феоктистова. На шестом витке Владимир Комаров вручную ориентировал корабль «по-посадочному», а Феоктистов фиксировал этот процесс. Егоров в это время отдыхал. На седьмом и восьмом витках состоялся телевизионный сеанс связи. На Земле впервые увидели лица космонавтов, а члены Госкомиссии смогли с ними пообщаться.

С девятого по тринадцатый витки «Восход» был вне зоны радиовидимости с территории Советского Союза. Экипаж продолжал работать по индивидуальным программам, отдыхая поочередно. На четырнадцатом витке космонавты передали параметры всех систем корабля и приняли рекомендации для ручного управления на случай отказа автоматики. На пятнадцатом витке Комаров вновь испытывал ручную систему управления и ориентации корабля. Феоктистов фотографировал горизонт, определял работоспособность по специальным тестовым таблицам. Егоров отдыхал.

Утром 13 октября Сергей Королёв решил доложить Хрущёву о завершении полета. Он связался с Пицундой и получил согласие Никиты Сергеевича на посадку корабля. Необходимости в этом не было, корабль все равно бы сел, но согласия главы государства требовал политес. Это был последний разговор главного конструктора с Хрущёвым, которого бывшие соратники отстранили от управления страной через несколько часов.

На шестнадцатом витке автоматически включилась система ориентации, а вскоре над Гвинейским заливом «ТДУ-1» была включена на торможение. Вскоре поступила информация, что пилот самолета «Ил-14», кружащего в зоне посадки, видит спускаемый аппарат на земле, а рядом с ним трех космонавтов, машущих руками. Самый рискованный советский космический полет завершился успешно.

В апреле 1964 года, когда работа над «Восходом» была в самом разгаре, в ОКБ-1 возникла идея с помощью дополнительной шлюзовой камеры осуществить выход одного космонавта в открытый космос. И после успешного полета трехместного корабля «Восход» все силы ОКБ-1 были брошены на реализацию приоритетной цели – осуществить выход в открытый космос раньше, чем успеют это сделать американцы на «Джемини».

К проектированию корабля «3КД» подключился вернувшийся из космоса Константин Феоктистов. Изготовление и заводские испытания двух кораблей «3КД» (с манекенами и для пилотируемого полета) шли достаточно быстро. Однако уже в феврале 1965 года при проверках систем беспилотного корабля обнаружили отказ второго комплекта телеметрической системы «Трал». На доставку аппаратуры из Львова и замену потребовалось семь дней. Из-за этого дата запуска «Восхода-2» сместилась с 22 февраля на начало марта. Затем было принято решение перенести полет пилотируемого «Восхода» на вторую половину марта, так как на 13 марта намечался запуск станции к Луне, а готовить два аппарата одновременно не было возможности.