Han var med på sovjetiske romfartøyet Voskhod 1 som ble skutt opp i 1964. Deretter ble han valgt ut til solopilot på romfartøyet Sojuz 1, på fartøyets første bemannede testflyging. Sojuz 1 ble skutt opp i rommet den 23. april 1967. Da han ble valgt ut som solopilot for Sojuz 1 hadde ingen sovjetiske kosmonauter før ham fløyet i verdensrommet to ganger.