12 июня 1967 года с космодрома Байконур стартовала ракета-носитель «Молния-М». Она вывела на межпланетную траекторию автоматическую станцию «Венера-4». Главным результатом полёта станции стало проведение первых прямых измерений температуры, плотности, давления и химического состава атмосферы Венеры.
Перед стартом спускаемый аппарат станции прошёл стерилизацию, чтобы не занести в атмосферу Венеры микроорганизмы с Земли. Предполагалось, что давление на поверхности Венеры может достигать 10 атм (истинное значение — 90). И потому СА был рассчитан «с запасом» — на 20 атм. В результате он был раздавлен на высоте 28 км. Аппарат не смог достигнуть поверхности в рабочем состоянии, но на основе его измерений была получена оценка давления у поверхности — почти 100 атм.
Данные «Венеры-4» помогли улучшить конструкцию следующих спускаемых аппаратов, отправленных к сестре Земли.