В девять часов утра по московскому времени 6 августа 1961 года советский космонавт Герман Титов на космическом корабле «Восток-2» поднялся на околоземную орбиту и провел на ней 25 часов и 11 минут, облетев земной шар 17 раз. Это был второй в мировой истории полет человека в космическое пространство.

В ходе полета проводились медико-биологические эксперименты и киносъемка Земли с борта космического корабля. Космонавт дважды управлял кораблем вручную, выполнял его ориентацию и стабилизацию. Полет подтвердил возможность длительного пребывания и работы человека в условиях невесомости. Впервые космонавт спал в невесомости, использовал ассенизирующее устройство, выполнял простые упражнения в качестве зарядки. Рекордная на тот момент продолжительность полета - 25 часов 18 минут.

В то же время корабль «Восток-2» находился в полете 25 часов 11 минут. Титов, как и все космонавты, летавшие на «Востоках», на последнем этапе посадки, после торможения спускаемого аппарата в атмосфере, на высоте 7 километров катапультировался из кабины и совершил приземление на парашюте, в результате чего находился в полете на 7 минут дольше, чем спускаемый аппарат корабля.

Резкое увеличение продолжительности полета по сравнению с первым кораблем «Восток-1» объясняется не только более сложной программой, но и физическими причинами. Использование проверенной орбиты «Востока-1» и того же района посадки в Поволжье требует увеличения продолжительности на целые сутки, чтобы за время полета Земля совершила полный оборот.

В этом полете впервые в советской программе были отмечены неприятные последствия длительного пребывания в невесомости. Однако Титов сумел найти свой способ для облегчения адаптации. В начале второго витка Титов впервые в истории провел киносъемку с борта космического корабля через иллюминатор длительностью 10 минут и продолжал ею заниматься в течение всего полета короткими сеансами. Использовалась кинокамера «Конвас», доработанная для бортовых съемок. Объекты и время съемок космонавт выбирал сам.

В 11 часов по бортовому времени прошла проверка систем ориентации, коррекции орбиты и ручного управления. На третьем витке в 12:30 по Москве космонавт совершил прием пищи. Через некоторое время космонавт почувствовал недомогание, но на Землю передал сообщение об отличном самочувствии.

С 18 часов 30 минут 6 августа до 2 часов 7 августа по Москве был запланирован сон, но проснулся космонавт за 15 минут до назначенного времени и решил подремать еще 15 минут. Но проспал дольше на 45 минут и пропустил сеанс связи. На 13 витке завтрак и повторная проверка ориентации и ручная коррекция орбиты. На 16 витке проводилась предпосадочная подготовка. Приземление было осуществлено в регионе вблизи города Красный Кут в Саратовской области.

По инструкции после выключения тормозной двигательной установки спускаемый аппарат и приборный отсек должны были разделиться. В ходе приземления команда на разделение прошла, но отсеки оказались связанными кабелем, отстрел которого не произошел из-за ошибки в монтаже электроцепей. Разделение произошло, когда кабель отгорел в плотных слоях атмосферы.

Катапультирование прошло штатно, но Титов сел в нескольких метрах от железной дороги, по которой в этот момент шел поезд. В дальнейшем было принято решение время расписание поездов согласовывать с полетами и посадками космических аппаратов.

В 1964 году спускаемый аппарат корабля Восток-2 был использован как массо-габаритный макет во время испытания системы мягкой посадки корабля Восход. Во время сброса парашют не раскрылся из-за неправильной укладки и аппарат разбился.