Vostok programme
1960年1月に宇宙飛行士訓練センターの設置が決定され、6月までに20名の宇宙飛行士候補が選抜され、彼もその一員となった。ネリュボフは、ボストーク宇宙船での飛行のため訓練され、ガガーリンとチトフとともに、人類初の宇宙飛行の有力候補者の一人と見なされていた。1961年4月9日、ニコライ・カマーニンからガガーリンとチトフにボストーク1号の飛行士をガガーリン、バックアップをチトフとする決定が伝えられ、ネリュボフは非公式ながら第2バックアップとされた。ガガーリンの飛行後、彼はボストーク2号、ボストーク3号、およびボストーク4号の宇宙飛行士訓練グループの一員となった。本来、ボストーク3号で3昼夜宇宙で過ごす予定であったが、その計画はキャンセルされ、ボストーク3号はボストーク4号と編隊飛行を行うこととなり、飛行士にはニコラエフとポポーヴィチが選ばれた。1962年6月、彼は健康上の理由から飛行準備グループから外れ、ボストーク3号と4号が打ち上げられた際には交信担当を務めた。