1966 թվականի մարտի 1-ին սովետական Վեներա-3 կայանը կոշտ վայրէջք կատարեց Վեներայի վրա։ Սա մարդու կողմից ստեղծված առաջին մարմինն էր, որը մտավ այլ մոլորակի մթնոլորտ և հասավ մակերևույթին, չնայած կայանի կապի համակարգը դադարեց աշխատել մինչև մակերևույթին հասնելը և նա չկարողացավ տեղեկություններ հաղորդել մոլորակի մասին[51]։ 1967 թվականի հոկտեմբերի 18-ին Վեներա-4 կայանը հաջողությամբ մտավ մթնոլորտը և կարողացավ կատարել մի շարք հետազոտություններ։ Վեներա-4-ը ցույց տվեց, որ մոլորակի մակերևույթի ջերմաստիճանը ավելի բարձր է քան դա գնահատել էր Մարիներ-2 կայանը և կազմում է մոտ 500 °C, ինչպես նաև, որ մոլորակի մթնոլորտը 90 - 95% կազմված է ածխաթթու գազից։ Վեներայի մթնոլորտը զգալիորեն ավելի խիտ էր քան Վեներա-4 կայանի նախագծող թիմը կարծում էր, և նրա պարաշյուտի միջոցով անկումը զգալիորեն ավելի դանդաղ ընթացավ քան դա նախատեսված էր, արդյունքում կայանի մարտկոցները ավելի շուտ սպառեցին իրենց ունակությունը քան այն հասավ մակերևույթին։ 93 րոպե աշխատելուց հետո, Վեներա-4 կայանը դադարեց հաղորդել տեղեկություններ։ Նրա վերջին հաղորդումը եղավ 24,96 կմ բարձրության վրայից, որտեղ մթնոլորտային ճնշումը կազմում էր 18 բար[51]։