61年5月至8月，他接受了东方2号飞行训练。1961年9月至11月接受了东方3号飞行训练。1961年11月至1962年5月，接受了东方4号飞行训练。1962年8月12日莫斯科时间11时02分，波波维奇驾乘“东方4号”飞船被发射入预定轨道。1天前，尼古拉耶夫也成功升空。两人共同完成了编队航天飞行任务。期间还进行了无线电通信的第一次试验和互相拍照。1962年8月15日莫斯科时间上午10时01分在哈萨克共和国卡拉干达市以南着陆。他累计在东方4号飞行了近71小时，围绕地球至少飞行了48圈，行程约200万公里