第二次太空飞行究竟以多长时间为宜？大家有不同看法。许多科学家坚持认为，人飞在宇宙中的时间，只能逐渐增加，第二次飞行不应超过3圈。科罗廖夫主张第二次飞行应当向前跨进一大步，飞行一昼夜，因为他认为小狗“莱卡”就曾在太空舱里生活了一星期。国家宇航委员会最后决定，同意科罗廖夫的提议，由季托夫完成一昼夜的太空飞行。
1961年8月6日清晨，在同一个拜克努尔宇宙发射场，迎着初升的朝阳，“东方2号”发射前的准备工作已经就绪。与“东方1号”相比，考虑到飞行时间的延长，飞船内的设备作了调整，细致地检验了生命保障系统。
9时整，“东方2号”飞船按时升空。
不久，季托夫进入了失重状态，他觉得周围像死一样的寂静，自己脚朝上，头向下悬着飞行。后来，当他检查飞船设备工作情况时，突然感到头向左右摆动起来，头昏眼花，简直集中不起精神。人们后来就把这种失重状态下的头部反应称为“季托夫病”或“宇宙病”，研究出了解决的方法。
与加加林的首次飞行不同，季托夫自己驾驶飞船，不用自动驾驶仪。他还用摄像机，第一次从轨道上拍摄太空、地球和月面。
飞行了2个多小时后，他开始和地面同步午餐。食品都是特制的，有肉饼、面包、腊肠巧克力、水果、汤，季托夫觉得胃口不错。午餐后，他让飞船自动驾驶，自己午休。午休后照常进行体育锻炼。晚餐后开始睡觉。这一切都被地面严密监测着。有的科学家还担心他在失重状态下睡着了能不能醒过来。比预定起床时间只迟了十几分钟，一切正常，季托夫觉得精力充沛。飞到第16圈，季托夫接到返航指令。他很顺利地从飞船中弹射出来，在萨拉托夫州红角村不远的田野上安全着落。
季托夫在加加林之后又一次创下了太空飞行奇迹。地球上一昼夜只能遇到一次日出，季托夫在轨道上飞行了17圈，每一圈遇到一次日出的奇景，17圈迎来了17次绚丽的朝霞。
人类初次行走太空
至1963年6月，前苏联共发射了6艘“东方号”载人飞船。不仅验证了运载火箭、飞船的可靠性，考察了人在太空的感受和工作能力，还试验了两艘飞船的编队飞行。
美国也在加紧研制载人飞船。1958年10月，同样载1个人的“水星”计划开始实施。当时，加加林首闯太空的消息传到美国，美国人震惊不已。美国总统肯尼迪发表讲话说：“看到苏联在太空方面比我们领先一步，再没有人比我更泄气的了。”1961年5月5日，离加加林上天不到一个月，美国人急急忙忙发射了水星飞船“自由钟7号”，载着宇航员谢泼德完成了首次亚轨道飞行。这次飞行不是绕地球轨道飞行，而是像炮弹那样作轨道飞行，几乎是直上直下，美国人戏称是“跳冰棍”。1962年2月，“友谊7号”载着宇航员格林终于成功地在轨道上飞行了3圈，共5个小时。同时，美国人开始实施载2个人的“双子星座”飞船计划，要超过前苏联人。
前苏联当时正在设计新一代的飞船“联盟号”，美国1964年4月“双子星座”发射成功，迫使科罗廖夫放下“联盟”号飞船系统的方案研究，根据前苏联当局的决定，开始“上升”号飞船计划。这一计划的主要任务是发射3人飞船，同时考查宇航员之间的配合能力，并试验舱外活动的能力，以便在载人太空飞行中再夺第一。
“上升”号飞船是“东方”号的改进型，主要改进有三项；一是为了能挤进3名宇航员，把能去掉的舱内设备都去掉了，甚至连宇航员的宇航服也脱掉了。二是增加了反推火箭。原来宇航员是坐在座椅上从舱内弹出，打开降落伞着陆的。现在舱内的座椅被精减了，宇航员怎么着落呢？科罗廖夫绞尽脑汁，使飞船接近地面时，飞船上数枚小的固体火箭自动点火，进一步减慢飞船的下降速度，飞船接触地面时的速度为零，这样就实现了飞船的软着陆。三是增加了用于宇航员进行出舱活动的气闸通道。这一装置在飞船入轨后充分展开，气闸通道内舱门打开，宇航员通过气闸通道离开飞船。宇航员返回座舱后，气闸通道就被抛掉。这几项改进使飞船比原先的“东方”号重了近1吨。
1964年10月6日，“上升”号飞船进行了无人飞行试验。10月12日，“上升1号”飞船首次载人飞行，乘载了3名宇航员。由于3个人挤在舱里，又没有穿宇航服，救生装置也被精简了，所以飞行时间不能长。结果飞行了24小时17分钟后平安着落。
1965年2月22日，“上升2号”飞船又进行了一次不载人试验飞行，主要是试验出舱气闸通道。但飞船在与火箭上面级分离时开始震颤，并在进入第三圈飞行时爆炸。
1965年3月17日深夜，科罗廖夫来到宇航员的住地，因为第二天“东方2号”飞船要进行载人飞行试验。他亲切地询问宇航员的感觉如何。然后说：“你们应该知道。在‘上升2号’之前曾造过一艘带有出舱气闸通道及其他设施的试验飞船。这艘无人驾驶飞船被送入轨道后爆炸了。”停了很长一段时间，他又说：“现在美国人正准备用‘双子星座’飞船进行宇航员走出飞船进入太空的试验。一旦他们取得成功，而我们依然发射一艘无人驾驶飞船，将意味着我们远远落在美国之后……”最后，他说：“我决心冒一次险!作为父辈，我很清楚自己在冒什么险。但是，作为一名工程师，我深知百分之百把握是不存在的，因为这样的技术设备还没有制造出来。不过我确信，我们定能成功!”
3月18日清晨，科罗廖夫亲自把别利亚耶夫和列昂诺夫送到火箭旁。一切准备就绪后，“东方2号”飞船顺利发射升空。飞船进入轨道2小时以后，步入太空按计划开始了。列昂诺夫外出到太空的情景将由电视向全世界播放。
列昂诺夫脱离飞船，在太空飘飘忽忽地飞着。他的身上有一根系绳与飞船相连。“人外出到宇宙空间啦!”他快乐地喊出了在地面上规定好的这句话。人们从电视上看到他随着飞行的飞船，在太空中双手划动着。接着，他开始对地球和星际空间拍摄。时间一分一秒地过去，12分钟以后，突然，在他耳边响起严厉的命令：“廖沙!时间到!”
列昂诺夫靠收短防护绳靠近了飞船，但是要返回座舱却非常困难。臂和腿都不能弯曲，他不得不冒险将宇航服内的压力减小，免得它们老像个气球。但是腿仍然弯不进舱，不得已他先将头部进入气闸舱，然后设法在气闸舱翻转身，把外舱门关上。他做的每一个动作，前进每一厘米，都要付出令人难以置信的努力和代价。他在气闸舱内停留了11分钟。这次舱外活动使他体重减轻了6千克。
一项最为复杂的飞行试验成功了。3月19日，飞船接到执行返回地球的指令。突然，意外情况发生了。由于地面发给飞船的降落指令没有被飞船接受，制动火箭没能点火。这时候，如果舱内有一点火星，必将引发火灾和爆炸。宇航员们不由自主地紧张起来，但是，他们很快镇静下来，开始将各种仪表上的指数记下来，他们认识到万一有意外，这些宝贵的资料对今后有用处。
正在这千钧一发的时刻，解除密封活门启动了。顿时，飞船出现翻转现象，自动制导系统出现故障，飞船无法定向，这意味着飞船回不了地球。两位宇航员焦急地向地面汇报：“降落指令未通。”科罗廖夫果断地命令他们动手操纵飞船返回地球。由于两位宇航员手控，不精确，3月19日12时零2分，“上升2号”飞船的返回舱降落在乌拉尔山东北180千米原始森林厚厚的积雪中，偏离原定着陆点3900千米。两位宇航员爬出舱口，莽莽林海，茫茫雪原，也不知身在何处。
先是一架搜索直升机找到他们，给他们投下了防寒服。科罗廖夫接着又派去一架米-1直升机，伐木工人为直升机开辟着陆区，用了整整一夜时间。3月20日，直升机载着两位英雄返回到拜克努尔航天发射场。国家宇航委员会的成员已在这里等候多时。
3月27日，前苏联科学院和外交部，在莫斯科大学举行了记者招待会，这里各国记者云集。列昂诺夫作了非常精彩的报告，受到热烈的欢迎。
到此，前苏联的“上升”计划宣布结束。
6月3日，美国宇航员怀特首次离开“双子星座”飞船，进行了20分钟太空行走。这离列昂诺夫的太空行走还不到3个月。
“阿波罗”登月计划
前苏联人在载人飞行的太空竞赛中屡屡胜利。同时，他们又雄心勃勃地把目标对准了月球。1959年，一年中先后向月球发射了3次无人探测器。“月球1号”从高空掠过月球，“月球2号”命中月球表面，“月球3号”拍到了大量的月球背面的照片，并根据这些独家照片绘制了月球背面的地图。一连串的迹象表明：“前苏联人要登月了!”
美国人知道在载人飞行上短时间里不大可能赶超前苏联，美国宇航局于1960年发表了一份名为“阿波罗”的计划，提出了以登月为奋斗目标的设想。1961年元月，肯尼迪上任，新总统年轻气盛，决心在登月上领先前苏联，雪洗耻辱。5月25日，美国宣布，要在10年内把人送上月球，并且平安地返回地面。
但是究竟用什么办法才能把人送上月球呢？在肯尼迪宣布“阿波罗”计划后的几个月，宇航局讨论了3种方法。
第一种方法是“直接登月”。就是使用大型火箭，径直飞往月球，直接着陆；第二种方法是“地球轨道会合”。就是把宇宙飞船分成几部分，分别发射到地球轨道上，由宇航员把它们组装起来，奔向月球；第三种方法是“月球轨道会合”。就是飞船从环绕月球的轨道上发出一艘月艇，使它在月面上软着陆，宇航员完成月面任务之后，乘月艇返回轨道和飞船对接后，弃置登月舱，乘飞船返回地球。打个比喻，这就好像大轮船在海洋中派出小艇去执行靠码头的任务，任务完成后再回到大渡船是一样的道理。可谓匠心独运。
这3种方法每一种都有危险，第一种没有这么大推力的大箭，要研制成功需要许多年，而且，这么大的火箭也无法带上月球，返回地球没指望。第二种在地球轨道里组装飞船，技术难度太高，即使组装成功也太重。第三种万一月艇和飞船对接不上，宇航员就永远回不了家。经过专家们的辩论，宇航局于1962年7月11日，终于决定采用第三种办法，因为它花钱少，有可能在总统限期内完成登月计划。
飞行的方式一经决定，相应地，火箭的大小、发射场址和规模、飞船的形式和结构等也随之确定。
还有很多准备工作要做。月球距地球38万千米，往返航程七八天，人要在太空生活这么久，有危险吗？人上月球是否安全？月球表面是什么样子？月艇在何处能够着陆？宇航员能如意地进行工作吗？能安全返回地球吗？要解决这么多问题，宇航局动用了大批人力物力，循序渐进、步步为营，实施了一系列的计划。
其一，加紧实施“水星”和“双子星座”两个载人飞行计划。美国先后有14次载人飞行，最长时间14天。虽然有时险象环生，但是终于掌握了飞船的会合和对接技术，收集到人在太空里的各种数据，证明了人在太空可以较长时间地生活，并能够做好各种工作。
其二，着意实施了“徘徊者”、勘测者”和“月球轨道飞行器”三个无人探测计划。“徘徊者”计划又称“游骑兵”计划。“游骑兵”九闯月宫，1961-1964年，发射了6次，有的半途而废，有的功亏一篑，都失败了。第七次、第八次、第九次获得了成功，“游骑兵”在月面硬着陆，拍回了4366幅电视图像，发回13000多张照片，证明月面有许多平滑的地方可容飞船降落。1966年5月到1968年1月，美国又加速实施了“勘测者”计划，发射了5艘探测器在月面软着陆，分析了岩石和土壤，发回了5万多张照片，“证实飞船在月面上降落不会深陷下去，在月面行走不需要穿雪鞋。”1966年8月到1967年5月，美国人还同时发射了5艘“月球轨道飞行器”，以各种轨道绕月飞行，通过点和面结合探测，绘制出精确的月图。到1967年底，选出了5个最有希望的登陆点。
其三，设计了“土星1号”试验火箭。先进行试射“阿波罗”飞船登月用的运载火箭是“土星5号”，该火箭高85.69米，直径10米，有300多万个零件，单价成本4.5亿美元，光研制费就花了211个亿美元，如果稍有不慎，就会船毁人亡。所以，宇航局决定先造个小一点的火箭试射。1966年2月试射成功，“阿波罗”飞船顺利射入地球轨道，证明飞船性能可靠。
以上这些计划的实施和成功，花费了无数人的心血，得到全体美国人的关注，参加的科学家、工程师就有43000人，仅1966年，直接工作人员就达42万人。前后参加的主要公司达2万家，大学约120个，人员400万，花了250亿美元。到1966年底，一切都还算顺利，登月可以进行彩排了。
没想到，1967年1月27日，当“土星1号-阿波罗4A”进行地面彩排时，却发生了一场令人震惊的惨剧。3位宇航员正在座舱里进行模拟试验，突然舱内起火了，宇航员们叫喊、呻吟，里外无法打开密封门，18秒钟后，这3位经验丰富的宇航员被大火活活烧死。
悲剧发生以后，1500多名专家和技术人员对飞船进行了全面的检查。发现事故的原因是静电火花，飞船舱内装的不是普通空气而是纯氧；另外，打开密封门需要1分半钟，发生事故后无法逃生。专家们立刻着手将密封门改进到开闭只需7秒钟。
这场大火，并没有烧掉美国人登月的信心，“征服太空是值得冒生命危险的”。他们把日程推迟了1年左右，用这段时间来改进设计，完善计划。1968年他们又充满信心地恢复了“阿波罗”计划，去实现“把前苏联人摔倒在月球上”的誓言和梦想。“阿波罗”登月记（一）
1969年7月16日清晨，美国佛罗里达州的肯尼迪航天中心一片繁忙。一艘洁白的庞然大物--“阿波罗11号”宇宙飞船就要起飞了。从各地涌来的观众有150多万，加上3500名记者，将各个看台围得水泄不通，连发射场附近的巴纳纳河也聚集了几百艘船艇。在电视机前等待观看实况的世界各地电视观众大约有5亿人，大家都在期待着这一历史时刻的到来。