Termina o curso em 1951 e continua os estudos na Faculdade Industrial de Saratov, ao mesmo tempo que aprende a pilotar aviões na Escola de Cadetes da Força Aérea, em Oremburgo. Termina o treinamento na Força Aérea em 1957.
É o escolhido para pilotar a pequena nave Vostok 1, lançada em 12 de abril de 1961. Com ela, faz a volta em torno da Terra em 1 hora e 29 minutos. Ao ver nosso planeta do espaço, pronuncia uma frase que fica para a história: "A Terra é azul!" Pela proeza, recebe a medalha da Ordem de Lênin.
Retorna como herói da União Soviética e passa a participar do treinamento de outros cosmonautas. Morre em desastre aéreo durante um vôo experimental, perto de Moscou.