Восток-1 стал первым космическим кораблем программы Восток, нацеленной на пилотируемые полеты. Перед пилотируемым полетом по программе было запущено несколько автоматических аппаратов в период с мая 1960 по март 1961 года. Первый запуск состоялся 15 мая 1960 года, это корабль даже не был возвращаемым. Он был успешно запущен, но на 64-м витке возникли неполадки в системе управления и корабль перешел на высокую орбиту. Затем последовали два неудачных, один частично неудачный и один удачный пуски. Два последних запуска показали полную работоспособность и корабля, и ракеты-носителя, что открыло путь в космос человеку. Аппарат поднялся в воздух 12 апреля 1961 года с космодрома Байконур, на его борту находился первый в мире космонавт Юрий Гагарин. Первый полет человека в космос оказался и самым коротким. Гагарин сделал всего один оборот вокруг Земли за 108 минут. Перицентр орбиты находился на высоте всего 169 километров, апоцентр  – 327 километров. Приземление произошло не в спускаемой капсуле, а на парашюте, отстреливаемом на высоте 7 километров. При этом, в отличие от более современных аппаратов программы Восток, аппарат не имел запасного двигателя для коррекции спуска в атмосфере. Вместо него у Гагарина был запас продовольствия на 10 дней в случае падения в незапланированном месте.

Также стоит отметить, что при первом полете не было морских судов, обеспечивающих космическую связь, так что она осуществлялась только с территории СССР. Тем не менее, у в штатном Гагарина не было возможности управления полетом. Все должно было происходить автоматически или по командам с наземных пунктов управления – если они были в зоне связи. Такое решение было принято из-за неизвестного влияния условий невесомости на человека. Чтобы включить ручное управление в случае экстренных обстоятельств, нужно было ввести код.

11 апреля ракета-носитель Восток-К с укрепленным аппаратом была перевезена в горизонтальном состоянии к пусковой площадке, где была обследована Королевым на предмет неполадок. После его утверждения ракета была приведена в вертикальное положение. В 10 утра Гагарин и Титов, запасной космонавт, получили окончательный план полета, который должен был начаться в 9:07 на следующий день. Выбор времени старта был обусловлен условиями спуска. Во время начала маневрирования для спуска аппарат должен был пролетать над Африкой с наилучшей ориентацией его солнечных датчиков. Высокая точность при маневре была необходима для попадания в запланированную точку посадки.

Подъем в день полета был назначен на 5:30 утра. После завтрака они облачились в скафандры и приехали к месту запуска. В 7:10 Гагарин уже был в космическом корабле и в течение двух часов до запуска общался с центром управления по радио, в центре же было доступно его изображение с бортовой камеры. Люк корабля был задраен через 40 минут после посадки Гагарина в корабль, но была обнаружена негерметичность, так что пришлось его открыть и задраить заново.

Запуск произошел в 09:07. Через 119 секунд после запуска внешние дополнительные двигатели ракеты-носителя израсходовали все топливо и были отделены. Через 156 секунд была сброшена защитная оболочка, через 300 – основная ступень ракеты носителя, однако разгонный блок продолжал выведение. Через три минуты после начала полета аппарат уже начал выходить из зоны связи с Байконуром. Лишь через 25 минут после начала полета было установлено, что аппарат вышел на расчетную орбиту. На самом деле Восток-1 вышел на орбиту через 676 секунд после запуска, за десять секунд до этого отработали двигатели разгонного блока.

В 09:31 Восток вышел из зоны связи со станцией в Хабаровске в диапазоне очень высоких частот и перешел на режим высоких. В 09:51 включилась система определения ориентации, необходимая для правильной выдачи импульса на спуск. Основной системой при этом была основанная на солнечных датчиках. В случае ее выхода из строя можно было переключиться на ручной режим управления и использовать примерное визуальное наведение. У каждой из систем имелся свой набор сопел двигательных установок и по 10 килограмм топлива. В 09:53 Гагарин узнает от станции в Хабаровске, что вышел на расчетную орбиту. В 10:00, когда Восток пролетал над Магеллановым проливом, новость о полете была передана по радио.

В 10:25 корабль был автоматически приведен в ориентацию, необходимую для спуска. Запуск двигателей произошел на расстоянии около 8000 километров от желаемой точки посадки. Импульс длился 42 секунды. Через десять секунд после завершения маневра от спускаемого модуля должен был отделиться служебный, но он оказался связанным со спускаемым сетью проводов. Однако благодаря вибрациям при прохождении плотных слоев атмосферы служебный модуль все отделился над Египтом и аппарат был приведен в правильную ориентацию.

В 09:55 на высоте 7 километров открылся люк аппарата и Гагарин катапультировался. Сам аппарат также спускался на парашюте раскрывшемся за 2.5 километра до Земли. Парашют Гагарина раскрылся практически сразу после катапультирования. При приземлении Гагарин промахнулся всего на 280 километров.