Юрий Гагарин наблюдал Землю, звезды и космическое пространство, регистрировал показания приборов, надиктовывая их на бортовой магнитофон и записывая в бортжурнал. Случались мелкие неприятности. В невесомости от космонавта «уплыл» карандаш, и писать стало нечем. В магнитофоне вдруг закончилась пленка – Гагарин вручную перемотал ее на середину и продолжил запись; из-за этого голосовая информация о нескольких минутах полета была утрачена навсегда.
Поскольку полет был одновитковым, сразу после отделения корабля от ракеты-носителя включилось программно-временное устройство «Гранит-5В», которое в 9:51 запустило автоматическую систему ориентации. Когда в 10:09 корабль вышел из тени Земли и сориентировался по Солнцу, в 10:25:04 прошло включение тормозной двигательной установки. Двигатель должен был отработать 41 секунду, но он выключился на секунду раньше из-за окончания горючего (возможная причина – залипание обратного клапана, часть горючего попала в полость разделительного мешка, а не в камеру сгорания). В результате магистрали наддува двигателя остались открытыми и в них под давлением 60 атмосфер стал поступать азот, что привело к закрутке корабля со скоростью 30° в секунду. Позднее Юрий Гагарин описывал происходящее так:
Досрочное отключение тормозной установки нарушило штатную схему, и команда на автоматическое разделение спускаемого аппарата и приборного отсека оказалась не выполнена. Ситуация сложилась уникальная, и Гагарин не мог оценить, насколько велика опасность такого развития событий. Однако Юрий Алексеевич не запаниковал. Он засек время по часам, продолжая с любопытством следить за происходящим. Мигали окошки прибора контроля режима спуска, корабль вращался. Гагарин понял, что перелет расчетного места посадки неизбежен – как и в случае с собаками, но, прикинув «на пальцах», решил, что сядет на территории СССР. Поэтому не стал сообщать на Землю о внезапных проблемах.
В 10:36:31, через одиннадцать минут после включения тормозной установки, отсеки корабля всё-таки разделились. Произошло это над Средиземным морем, на высоте около 120 км, – по резервной схеме спуска от специальных термодатчиков, замерявших нагрев окружающей среды. По мере движения в атмосфере вращение «Востока» стало замедляться, а перегрузки плавно нарастать. Кабина озарилась ярко-багровым светом, который проникал даже сквозь опущенные шторки. Юрий Гагарин услышал потрескивание – он не знал, откуда идет этот звук, но предположил, что таким эффектом сопровождается тепловое расширение оболочки аппарата. В воздухе ощущался легкий запах гари. Тут о мелких неприятностях пришлось забыть, потому что из-за крутой траектории перегрузки возросли до 12 g (вместо штатных 9 g) и в глазах у космонавта «посерело». Продолжалось такое состояние несколько секунд, после чего перегрузки начали плавно спадать.