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1959年12月9日，在[[苏共中央]]与[[苏联部长会议]]开始在全军为[[东方一号]]航天器飞行任务招募宇航员后，加加林志愿报名参加。随后，他在中央航空研究医院进行了全面体检。
1960年1月11日，在通过体检后，他被调入专门训练宇航员的第26266号特别部队。同年3月3日，根据[[苏联空军]]总司令部的命令，他被列入宇航员备选名单。除加加林外，还有19人被列入苏联第一批宇航员名单，这批备选人员在经过苏联航天总设计师[[谢·帕·科罗廖夫]]的再次筛选后，仅加加林、[[戈·斯·季托夫格·斯·季托夫]]、[[格·格·涅柳博夫]]、[[安·格·尼古拉耶夫]]、[[帕·罗·波波维奇]]、[[瓦·费·贝科夫斯基]]等六人进入最终的角逐。
1960年12月，他与另外五名宇航员候选人在[[茹科夫斯基市]]为首次太空飞行任务做准备，后来又转入位于[[星城]]的[[加加林宇航员培训中心|宇航员培训中心]]。
1961年3月23日，加加林被任命为宇航员支队的支队长。
1961年4月3日，[[苏共中央主席团]]召开会议，考虑到[[美国]]有可能在该月20日进行载入飞行，会议由此通过了[[苏联部长会议副主席]][[乌斯季诺夫]]的报告，决定立即进行载人航天任务。同月11日，加加林为执行太空任务的宇航员，而戈·斯·季托夫为其替补。的报告，决定立即进行载人航天任务。同月11日，加加林为执行太空任务的宇航员，而格·斯·季托夫为其替补。
1961年4月12日9时07分（莫斯科时间），搭载尤里·阿列克谢耶维奇·加加林的[[东方一号]]宇宙飞船从[[拜科努尔航天发射场]]升空，在执行飞行任务期间，加加林的呼号为“雪松”（''«Кедр»''）。在宇宙飞船上，加加林进行了最简单的实验，包括喝水、吃饭和用铅笔做笔记，在观察到铅笔容易飘走时，他做出了最好将铅笔与其他物体绑在一起的结论。在宇宙飞船返程阶段，加加林承受了8—10倍的过载，而此时太空舱外层也因剧烈摩擦，使其外表温度达到了3—5千摄氏度。在离地7公里高度，加加林按照飞行计划弹射出太空船，并分配进行伞降。
