Полет Гагарина стал первым в целой веренице успехов советской космонавтики. Уже 6 августа 1961 г. с космодрома Байконур стартовал КК «Восток-2» с Г. Титовым на борту. Он став вторым человеком, полетевшим в космос. Сразу после выхода на орбиту Титов почувствовал недомогание, которое через несколько часов усилилось. Однако он оставался в сознании, смог поесть и временно переключить космический аппарат в режим ручного управления. Пролетая над территорией США, космонавт по открытому каналу связи передал дружеский привет американскому народу. Состояние Титова постепенно ухудшалось, и он решил немного поспать. Сон пошел космонавту на пользу, проснувшись, он чувствовал себя значительно лучше. На космической корабле была установлена кинокамера, приспособленная к бортовым съемкам. Титов смог отснять через иллюминатор 10 минутный ролик, выбирая наиболее важные для военных участки. Полет длился 25 часов. Выполнив 17 витков вокруг Земли, 7 августа Титов благополучно приземлился у деревни Красный Яр в Саратовской области.
Следующим этапом советской космической программы стал групповой полет двух космических кораблей. Год спустя после полета Титова, 11 августа 1962 г. был запущен корабль «Восток-3» с А. Николаевым на борту, а на следующий день «Восток-4» П. Поповичем. Через иллюминатор Николаев видел, как корабль Поповича вышел на орбиту. Космонавты установили между собой радиосвязь и занялись цветной съемкой Земли. Впервые в истории два космических корабля с космонавтами на борту находились на орбите одновременно. Они двигались по орбите на расстоянии около 5 км друг от друга. Космонавты провели очень важный эксперимент – они отстегнулись от кресел и парили в невесомости по кабине. Это был серьезный шаг, поскольку никто не мог быть уверен, что космонавт сможет вернуться в кресло и пристегнуться, а от этого зависела его жизни при возвращении на Землю. Позднее Николаев, который первый покинул свое кресло, вспоминал: «Ничего не весишь, ничто тебя не связывает с окружающими предметами. Малейшее усилие пальцами рук о стенку - и ты «поплыл» к другой стене или вверх, вниз. Находишься головой вниз и не чувствуешь тяжести прилива крови к голове. Мозг работает ясно, глаза видят хорошо, и исчезает само понятие «верх» и «низ». Около часа продолжался этот первый опыт «свободного плавания» по кабине космического корабля. Без каких-либо происшествий я вернулся в кресло и вновь закрепил себя привязными, ремнями».
На обоих кораблях были установлены телекамеры, которые передавали изображение космонавтов на Землю. И Николаев и Попович чувствовали себя прекрасно. Новая система тренировок позволила им не испытывать сильное головокружение и тошноту, от которых страдал Титов.
Тем не менее, групповой полет пришлось прервать. На «Востоке-4» начались сбои системы жизнеобеспечения. Центр управления принял решение сажать Поповича, и он приземлился, приведя в космосе 71 час. Вслед за ним на Землю вернулся Николаев. Интервал между посадками составил всего 6 минут. Возможность многосуточного полета человека в космосе была доказана на практике. Сегодня нам это кажется само собой разумеющимся, но в 1962 г. это не вовсе не было таким очевидным.
В следующем групповом полете должна была принять участие женщина. Первоначально планировалось, что оба экипажа будут женскими, но Королев настоял на том, чтобы в космос полетел и мужчина, поскольку реакция организма женщины на перегрузки и невесомость не изучены. Как показали дальнейшие события, он оказался прав.
Космический корабль «Восток-5» с космонавтом В. Быковским на борту стартовал 14 июня 1963 г. Планировалось, что кораблю пробудет на орбите 8 суток, но затем программу пришлось сократить до 5. Причиной этому стала как усилившаяся солнечная активность, так и частичный отказ системы ассенизации. В итоге для космонавта пребывание в кабине спускаемого аппарата стало мягко говоря неприятным. Тем не менее, Быковский провел в космосе 120 часов, что до сих пор является рекордом для одиночного полета.
Через день после старта Быковского на орбиту вышел КК «Восток-6» с В. Терешковой на борту. Она стала первой женщиной в космосе. Программа полета для обоих космонавтом была примерно одинаковой. Она предусматривала съемку военных объектов НАТО, слежение за перемещением американского флота, фото и киносъемку планет, у Земли и облаков. Однако вскоре после выхода на орбиту у Валентины Терешковой начались проблемы. Оказалось, что в автоматической программе ее корабля заложена ошибка, и он с каждым витком удаляется от Земли. Эта ошибка была исправлена только на второй день. Кроме того, самочувствие Терешковой было заметно хуже, чем Быковского. Она испытывала те же проблемы, что и Титов – сказывалась разница между мужским и женским организмом. Программа тренировок на Земле не могла предусмотреть всего, поскольку ученые имели опыт работы только с мужчинами.
Проведя на орбите почти 3 суток «Восток-6» начал спуск, но и здесь злоключения космонавтки не закончились. После катапультирования Терешкова больно ударилась о гермошлем, а затем едва не приводнилась в озеро. Женщина-космонавт мужественно перенесла все испытания полета. Однако по его результатам было принято решение женщин в космос пока не посылать. Через несколько часов приземлился и Быковский. Так 19 июня групповой полет был завершен.
Это были последние полеты космического корабля «Восток» с космонавтами на борту. После 1963 г. проект был полностью передан военным для использования аппарата под спутник-шпион. С. Королев полностью сосредоточился на кораблях «Восход» и работе над лунной программой.