Исторический запуск был осуществлен с первой стартовой площадки, ныне носящей имя Гагарина с испытательного полигона Байконур, позже преобразованного в космодром. Старт корабля "Восток-1" был произведен 12 апреля 1961 года в 09:07 по московскому времени с космодрома Байконур. Позывной Гагарина был "Кедр".
Ракета-носитель "Восток 8К72К" успешно вывела на околоземную орбиту космический корабль "Восток", но на завершающем этапе не сработала система радиоуправления, которая должна была выключить двигатели 3-й ступени. Выключение двигателя произошло только после срабатывания дублирующего механизма (таймера), но корабль уже поднялся на орбиту, высшая точка которой (апогей) оказалась на 100 км выше расчетной.
На орбите Гагарин провел простейшие эксперименты: пил, ел, делал записи карандашом. "Положив" карандаш рядом с собой, он случайно обнаружил, что тот моментально начал уплывать. Из этого Гагарин сделал вывод, что карандаши и прочие предметы в космосе лучше привязывать. Все свои ощущения и наблюдения он записывал на бортовой магнитофон.
До полета еще не было известно, как человеческая психика будет вести себя в космосе, поэтому была предусмотрена специальная защита от того, чтобы первый космонавт в порыве помешательства не попытался бы управлять полетом корабля. Чтобы включить ручное управление, ему надо было вскрыть запечатанный конверт, внутри которого лежал листок с кодом, набрав который на панели управления можно было бы ее разблокировать.
Полет первого космонавта продолжался 108 минут. После одного витка вокруг Земли спускаемый аппарат корабля, успешно пройдя плотные слои атмосферы, совершил посадку в Саратовской области. Самого Гагарина в капсуле не было: система мягкой посадки тогда еще не была изобретена. Советский космонавт катапультировался из спускаемого аппарата на высоте нескольких километров и приземлялся на парашюте.
Во время полета Юрия Гагарина произошло 11 нештатных ситуаций различной степени сложности. Приземлился первый космонавт планеты также в нерасчетном районе, перелет составил около 600 км. Садился Гагарин не на одном парашюте, как было предусмотрено, а на двух: запасной самопроизвольно выпал из ранца и затем раскрылся во время спуска. Сама посадка могла произойти не на сушу, а в реку Волга: только сброс "неприкосновенного запаса" весом в 30 килограммов помог Гагарину выйти на нужную траекторию снижения.
Затем Гагарин совершил большое путешествие по планете, объехав почти весь мир, собирая урожай восторгов и поклонения. Первый космонавт Земли побывал в Болгарии, Чехословакии, Великобритании, Италии, Германии, Канаде, Бразилии, Венгрии, Франции, Исландии и Финляндии, в ноябре 1961 года он посетил Индию и Афганистан, в феврале 1962 года — страны Африки.
Гагарин погиб 27 марта 1968 года, разбившись во время тренировочного полета на самолете МиГ-15УТИ вместе с военным летчиком Владимиром Серегиным возле деревни Новоселово Киржачского района Владимирской области.