Ele subiu ao espaço pela primeira vez em 1964, comandando a nave Voskhod 1, com os cosmonautas Boris Yegorov e Konstantin Feoktistov. Esse foi o primeiro voo ao espaço de uma nave com mais de um tripulante. Em 26/4/1967, ele foi sepultado com honras de Estado e suas cinzas enterradas na Necrópole da Muralha do Kremlin, na Praça Vermelha..