Zond 3 được phóng từ sân bay vũ trụ Baikonur vào ngày 18 tháng 7 năm 1965, lúc 14:38 UTC, và được triển khai từ một quỹ đạo Trái Đất Tyazhely Sputnik (65-056B) hướng về Mặt Trăng và không gian liên hành tinh. Đây là một lặp lại của một nhiệm vụ thất bại vào cuối năm 1963 nhằm kiểm tra truyền thông ở khoảng cách tương đương với khoảng cách giữa sao Hỏa và Trái Đất.