С дублирующей площадки «Гагаринского» старта космодрома Байконур 16 июня 1963 года состоялся запуск пилотируемого корабля «Восток-6», на котором в космос отправилась первая в мире женщина-космонавт Валентина Терешкова. В ходе экспедиции она облетела вокруг Земли 48 раз, проведя 71 час в космосе.

Одновременно на орбите находился космический корабль Восток-5, пилотируемый космонавтом Валерием Быковским. В день своего полета в космос Терешкова сказала родным, что уезжает на соревнования парашютистов, о полете они узнали из новостей по радио. Позывной Терешковой на время полета - «Чайка». Фраза, которую она произнесла перед стартом: «Эй! Небо! Сними шляпу!», представляла собой цитату из поэмы Маяковского «Облако в штанах».

Позже выяснилось, что выдаваемые пилотом команды были инвертированы направлению движения управления в ручном режиме, корабль поворачивался не в ту сторону, что при отработке на тренажере. По утверждению Терешковой, проблема была в неправильном монтаже проводов управления: давались команды не на снижение, а на подъем орбиты корабля.

В автоматическом же режиме полярность была правильная, что дало возможность штатно сориентировать и посадить корабль. Об этом случае Терешкова молчала более сорока лет, поскольку Королев попросил ее никому об этом не рассказывать.

По мнению доктора медицинских наук, профессора Владимира Яздовского, отвечавшего в тот период за медицинское обеспечение советской космической программы, женщины хуже переносят экстремальные нагрузки космического полета на 14-18-е сутки месячного цикла.

Так как старт носителя, выводившего Терешкову на орбиту, был задержан на сутки, а также, очевидно, из-за сильной психоэмоциональной нагрузки при выведении корабля на орбиту, предусмотренный медиками режим полета выдержать не удалось.

Также Яздовский отмечал, что «Терешкова, по данным телеметрии и телевизионного контроля, перенесла полет в основном удовлетворительно. Переговоры с наземными станциями связи велись вяло. Она резко ограничивала свои движения. Сидела почти неподвижно. У нее явно отмечались сдвиги в состоянии здоровья вегетативного характера».

Несмотря на тошноту и физический дискомфорт, Терешкова выдержала 48 оборотов вокруг Земли и провела почти трое суток в космосе, где вела бортовой журнал и делала фотографии горизонта, которые позже были использованы для обнаружения аэрозольных слоев в атмосфере. Спускаемый аппарат Востока-6 благополучно приземлился в Баевском районе Алтайского края. Сразу после посадки, несмотря на медицинские наставления, Терешкова ела местные продукты питания после трех суток голодания.