6 октября 1964 г. состоялся беспилотный запуск «Восхода» под кодовым наименование «Космос-47». Полет прошел нормально, и уже через неделю в космос отправился КК «Восход-2» с тремя космонавтами на борту. Летчик В. Комаров был командиров корабля и единственным настоящим военным на борту. Специалист по космической медицине военный медик Б. Егоров полетел как врач. А бортинженер Феоктистов стал не первым гражданским лицом, совершившим полет в космос, но и первым конструктором космических аппаратов, опробовавшим свое детище «в деле». Пробыв сутки на орбите КК «Восход-1» совершим мягкую посадку в казахской степи.
Пока космонавты находились на орбите, в Москве произошел переворот, в результате которого Хрущев был смещен, и к власти пришел Брежнев. В итоге экипаж провожал в космос один генсек, а встречал другой.
Следующим этапом программы «Восход» был выход человека в открытый космос. Для этого конструкция корабля была снова изменена. Двухместный КК «Восход-2» был оборудован надувной шлюзовой камерой, которая после использования отстреливалась. Снаружи камеры конструкторы установили кинокамеру, баллоны с запасом воздуха для наддува и баллоны с аварийным запасом кислорода. Для полета был разработан специальный скафандр «Беркут», в который были одеты оба члена экипажа, чтобы в случае внештатной ситуации один мог прийти на помощь другому. Скафандр имел многослойную герметичную оболочку, с помощью которой внутри поддерживалось избыточное давление, а снаружи – специальное покрытие, которое предохраняло о воздействия солнечных лучей.
18 марта 1965 г. КК «Восход-2» стартовал с космонавтами П. Беляевым и А. Леоновым на борту. Спустя полтора часа после начала полета Леонов открыл наружный люк шлюза и вышел в открытый космос. Космонавт полностью выполнил программу исследований, но при возвращении в корабль возникла нештатная ситуация. Скафандр сильно раздулся, и Леонову, рискуя жизнью, пришлось стравливать воздух, чтобы протиснуться в шлюзовую камеру. Затем при посадке отказала автоматики, и космонавты были вынуждены приземлиться на ручном управлении. Спускаемый аппарат упал в тайне на Урале и был обнаружен только на третий день. Полет корабля «Восхода-2» оказался для Королева последним. Через 10 месяцев его не стало.