Летом 1959 года во многих авиационных частях появились офицеры медицинской службы из Москвы. Они прибывали по двое, внимательно изучали личные дела молодых пилотов, а потом приглашали на собеседование. Вопросы задавались странные. К примеру, спрашивали: «Желаете ли вы летать на более современных типах самолетов, на новой технике?» Как правило, на этот вопрос все летчики отвечали положительно. Тогда следовал новый, еще более странный вопрос: «Хотели бы вы полететь на ракетах вокруг Земли?» Тут возникали сомнения. Гости уезжали восвояси, и, казалось, на этом все закончится. Однако осенью тех, кто согласился «полететь на ракетах», начали вызывать в Москву.
Группами по 30–40 человек кандидаты в космонавты прибывали в Центральный научно-исследовательский авиационный госпиталь для прохождения углубленного обследования. Всего туда поступило 154 человека. По итогам обследования 25 февраля 1960 года двадцать офицеров были отобраны в отряд. В начале марта они вместе с семьями начали переезжать в Москву, сразу включаясь в подготовку.
Слушателей отряда ждало множество испытаний. Не располагая реальным опытом космических полетов, медики не могли сказать, какой из факторов окажется определяющим, и зачастую придумывали тренажеры, которые позднее были исключены из программы подготовки. Кандидаты должны были пройти «отсидку» в сурдокамере и термокамере, выдержать перегрузку в центрифуге и встряску на вибростенде. Кроме того, их ждали парашютные прыжки, двухместный «МиГ-15УТИ», переоборудованный под имитатор невесомости, и катапультирование с наземного стенда.
Не всем удалось дойти до космического старта, но в целом группа держалась, и вскоре в ней выделились три лидера: Юрий Алексеевич Гагарин, Герман Степанович Титов и Григорий Григорьевич Нелюбов. Каждый из троих был готов стать первым космонавтом, однако многие отдавали предпочтение Гагарину. Он не был лучшим из лучших, но казался наиболее подходящей кандидатурой на полет, потому что обладал уникальным набором положительных психологических качеств: открытостью, коммуникабельностью, высокой эмпатией, любознательностью и чувством юмора. Гагарин умел находить слова для того, чтобы разрядить обстановку в стрессовой ситуации, активно помогал сослуживцам справиться с трудностями, быстро учился и при необходимости брал на себя командирские функции. В качестве главной кандидатуры на первый полет его определили 18 января 1961 года, после сдачи экзаменов на звание космонавта, а 10 апреля об этом было официально объявлено на полигоне Тюра-Там в присутствии представителей советской прессы.