Корабль стартовал с космодрома Байконур. Когда корабль совершал первый виток вокруг Земли, была надута шлюзовая камера, на втором витке начался выход Алексея Леонова в космос. Космонавт пять раз удалялся от корабля на расстояние до 5,35 м.
Общее время, проведённое Алексеем Леоновым в безвоздушном пространстве, составило 23 мин. 41 сек, из них 12 мин. 9 сек. — за пределами корабля (в свободном полёте).
20 октября 1965 года Международная авиационная федерация (ФАИ) утвердила мировой рекорд продолжительности пребывания человека в космическом пространстве вне космического корабля — 12 мин. 9 сек..
За первый в истории человечества выход в открытое космическое пространство ФАИ присудила Алексею Леонову высшую награду — Золотую медаль «Космос».
