На этом неприятности экипажа «Восхода-2» не закончились. По программе полета корабль «Восход-2» после отстрела шлюзовой камеры на семнадцатом витке должен был совершить посадку в Кустанае с помощью автоматической системы управления. На шестнадцатом витке по командам с Земли была включена программа ориентации и спуска. От «Восхода-2» была отстрелена шлюзовая камера. Но в результате подрыва детонирующего кабеля произошел удар по корпусу, корабль закрутило в двух плоскостях, что привело к выходу из строя системы ориентации по Солнцу, а это, в свою очередь, привело к выдаче запрета на включение тормозного двигателя в автоматическом режиме.
После короткого анализа обстановки Сергей Королёв распорядился: «Вам разрешена ручная посадка на восемнадцатом витке. Всё будет хорошо! Мы вам верим!» Командир корабля Павел Беляев вручную выполнил ориентацию корабля «по-посадочному», после чего включил двигатель. Через 12 секунд после окончания работы ТДУ-1 произошло отделение спускаемого аппарата от приборного отсека, начался полет по баллистической траектории.
Спускаемый аппарат приземлился в труднодоступном таежном массиве на территории Шемейного леспромхоза, в 66 км от районного центра Усолье и примерно в 12 км от населенного пункта Кургановка. Температура воздуха там была -25 °C. После приземления аппарат оказался зажатым между сосной и березой. Сначала под его тяжестью треснула береза, затем повалилась на бок и сосна. Люк, через который можно было выйти, оказался у ствола березы, и открыть его поначалу не удалось. Раскачиванием изнутри космонавты сдвинули крышку с опорных болтов и отбросили в снег.
Экипаж грузового самолета «Ан-2», выполнявшего рейс по маршруту Чёрмоз—Соликамск, получил от диспетчера аэропорта примерные координаты нахождения космонавтов и указание на определение точных координат в квадрате между Косинским и Соликамским районами. После 40-минутного облета указанной территории на высоте двухсот метров второй пилот самолета «Ан-2» Анатолий Иванович Парасенко обнаружил большой купол парашюта, черный шар на белоснежном фоне и космонавтов около него. Жестами они показывали на одежду: им предстояло ночевать в лесу при низкой температуре в скафандрах, которые совершенно для этого не подходили. Летчики сняли свою верхнюю одежду, скрутили ее в узел и сбросили космонавтам, но она, видимо, застряла на деревьях.