На 12 април 1961 г. в 9 часа и 7 минути (6 часа и 7 минути по Гринуич) московско време Гагарин излита от космодрума Байконур на космическия кораб "Восток 1" с ракета носител Р-7. Първите му думи в открития Космос са "Поехали !" Позивната на Гагарин е "Кедър". Корабът прави една обиколка около Земята, с продължителност 1 час и 48 минути и се насочва за приземяване в Саратовска област. Тъй като системите за приземяване на "Восток 1" не са били достатъчно изпробвани, на височина 7 километра Гагарин взема решение да катапултира и да се приземи с парашут. Приземяването е успешно извършено близо до спускаемия апарат.
Новината мълниеносно обикаля целият свят. След два дни е тържествено посрещнат на Червения площад в Москва пред десетки хиляди ентусиазирани хора, дошли да го видят. За този си полет му е дадено званието Герой на Съветския съюз и е издигнат в чин майор, а датата 12 април от 1962 година започва да се чества като международен ден на авиацията и космонавтиката.
Юрий Гагарин загива по време на тренировъчен полет с изтребител самолет МиГ-15 УТИ заедно с инструктора си полковник Серьогин 27 март 1968 година в 10:31 сутринта в района на село Новосьолово на 18 км от град Киржач, Владимирска област. Телата на Гагарин и Серьогин са кремирани и прахта им е погребана в стените на Кремъл на Червения площад.