Завершающим аккордом в осуществлении советской программы пилотируемых полетов одноместных космических кораблей стали старты в мае 1964 года космических кораблей «Восток-8» и «Восток-9». Космонавт Георгий Лилов после выведения корабля «Восток-8» на околоземную орбиту смог осуществить сближение с третьей ступенью ракеты-носителя Р-7 и состыковать свой корабль с ней с помощью стыковочного устройства гарпунного типа. Путем раскрутки соединенных тросом двух космических аппаратов был впервые в истории мировой космонавтики проведен эксперимент по созданию искусственной силы тяжести на борту космического корабля. Эти орбитальные эволюции двух космических аппаратов фотографировал с близкого расстояния Валентин Бондаренков, стартовавший в космос на «Востоке-9».
В 1964 году опытным конструкторским бюро был создан многоместный космический корабль. По сложившейся традиции его отработку в пилотируемом варианте мы начали с баллистических пусков. В июне старт в космос на корабле «Взлет-1» осуществили военный летчик Иван Аникин, инженер-конструктор Геннадий Долгополин и космонавт-исследователь Юрий Воронин. В августе их успех на корабле «Взлет-2» закрепил экипаж в составе Дмитрия Заикова, Марса Рахимова и Валентина Филатова.
В октябре 1964 года на околоземную орбиту был запущен первый орбитальный трехместный корабль «Восход». Суточный рейс совершили военный инженер Владимир Комарин, ветеран ракетных пусков, конструктор Константин Феклистов и врач Борис Егорьев.
Март 1965 года был ознаменован новым выдающимся достижением советской космонавтики. Алексей Леонтьев вышел в космическое пространство из кабины корабля «Восход-2», который пилотировал Павел Белянин.
Длительный двухнедельный полет совершили на космическом корабле «Восход-3» Борис Волынин и Георгий Шонов в августе 1965 года.
5 ноября 1965 года, в канун 48-й годовщины Великого Октября, мир всколыхнуло известие о новом достижении советской космонавтики. В трехдневную экспедицию на космическом корабле «Восход-4» на околоземную орбиту отправился женский экипаж - Ирина Соловина и Валентина Пономаренко. Во время полета космонавт Пономаренко совершила выход в открытый космос продолжительностью двадцать минут.