Den sovjetiske Venera 3-sonden krasjlandet på Venus 1. mars 1966. Sonden ble det første menneskeskapte objektet til å trenge inn i atmosfæren og treffe overflaten på en annet planet. Kommunikasjonssystemet brøt imidlertid sammen før den var i stand til å sende noe data om planeten tilbake. Venus' neste møte med en ubemannet sonde fant sted 18. oktober 1967 da Venera 4 trengte inn i atmosfæren og utførte en rekke vellykkede vitenskapelige forsøk. Venera 4 viste at overflatetemperaturen var varmere enn de 500 °C Mariner 2 hadde målt og at atmosfæren bestod av rundt 90–95 % karbondioksid. Atmosfæren på Venus var betraktelig tettere enn det designerne av Venera 4 hadde forutsett. Det medførte at fallskjermtiden ble lengre enn antatt og at batteriene gikk tomme før sonden nådde overflaten. Etter å ha returnert data fra nedstigningen i 93 minutter, var Venera 4s siste trykkmåling 18 bar i en høyde av 24,9 km.