Несмотря на все усилия инженеров, к апрелю 1961 года «Восток» оставался «сырым» кораблем. В нем хватало недоделок: в частности, серьезной доработки требовало оборудование системы жизнеобеспечения. Сами космонавты из-за задержек с изготовлением скафандров СК-1 и носимого аварийного запаса (НАЗ) не смогли пройти полный курс по действиям при посадке в нерасчетном районе. Однако время поджимало, и старт был назначен на период с 10 по 20 апреля.
Хотя «Восток» для Юрия Гагарина специалисты готовили с особым тщанием, впоследствии на полигоне обнаружили и устранили свыше семидесяти мелких неисправностей. Например, контрольное взвешивание корабля с космонавтом в скафандре выявило перевес на 14 килограммов. Сразу возникла идея поменять космонавта, ведь дублер Герман Титов был легче Гагарина, но Сергей Королев распорядился облегчить сам корабль, сняв с него часть контролирующей аппаратуры. В срочном порядке инженеры всю ночь срезали «лишние» кабели и снимали оборудование, предназначенное для беспилотных полетов. В результате пострадали датчики давления и температуры – и, если бы корабль «застрял» на орбите, такое самоуправство могло закончиться печально.
12 апреля 1961 года, в 9:07 по московскому времени, ракета-носитель оторвалась от стартового комплекса полигона Тюра-Там и под задорный возглас Юрия Гагарина «Поехали!» устремилась в небо. Корабль «Восток» вышел на орбиту высотой в перигее 181 километр и в апогее 327 километров. Высота апогея стала первой серьезной проблемой полета, оказавшись выше расчетной на 80 км. Однако апогей выбирался с тем прицелом, что если тормозной двигатель ТДУ-1 внезапно откажет, то «Восток» в силу естественного торможения в высших слоях атмосферы сам сойдет с орбиты в течение пяти-семи суток. Под этот срок готовились и запасы системы жизнеобеспечения. Сход с реальной орбиты занял бы не меньше двух недель с печальным итогом для космонавта.
Юрий Гагарин об этом не знал. В ходе полета он поддерживал связь с научно-измерительными пунктами. Попробовал космическую еду и консервированную воду, тем самым опровергнув мнение о том, что питание в невесомости будет затруднено. Наблюдал Землю, звезды и космическое пространство, регистрировал показания приборов, надиктовывая их на бортовой магнитофон и записывая в бортжурнал.
Когда корабль вышел из тени Земли, в 10:25 прошло включение ТДУ-1. Двигатель должен был отработать 41 секунду, но выключился чуть раньше. В результате магистрали наддува остались открытыми и в них под большим давлением начал поступать азот. Это привело к закрутке корабля со скоростью 30°/с. Досрочное отключение тормозной установки нарушило штатную схему, и команда на разделение отсеков оказалась не выполнена. Ситуация сложилась уникальная, и Гагарин не мог оценить, насколько велика опасность развития событий. Однако он не запаниковал, а засек время по часам, продолжая с любопытством следить за происходящим. В 10:36 отсеки корабля все-таки разделились по сигналу от внешних термодатчиков. По мере движения в атмосфере вращение «Востока» стало замедляться, а перегрузки – плавно нарастать. Кабина озарилась ярко-багровым светом, который проникал даже сквозь опущенные шторки. В воздухе ощущался легкий запах гари. Тут о мелких неприятностях пришлось забыть, потому что из-за крутой траектории спуска перегрузки возросли до 12 g: в глазах у космонавта «посерело».