1959-й год стал годом начала советской лунной программы. 2 января стартовала автоматическая станция «Луна-1». Впервые достигнув 2-й космической скорости, она прошла в непосредственной близости от Луны, став первым искусственным спутником Солнца. 14 сентября станция «Луна-2» доставила на Луну вымпел с гербом Советского Союза. 7 октября станция «Луна-3» осуществила фотографирование невидимой с Земли обратной стороны Луны. По полученным результатам сначала была составлена карта обратной стороны Луны, а затем создан лунный глобус.
Настала пора готовить полёт человека в космос. Тем более что американцы не дремали и собирались взять реванш за первый спутник. В 1960 году был создан отряд космонавтов. Его руководителем стал генерал Каманин, один из первых Героев Советского Союза. В Подмосковье был построен специальный центр подготовки космонавтов – Звёздный городок. Первые космонавты набирались из лётчиков-истребителей. В условиях почти полной неизвестности критерии отбора и тренировок были запредельно жёсткие – космическая медицина попросту «лютовала». Впоследствии, когда были получены практические результаты, критерии были смягчены.
В это же время начались испытания ракеты-носителя и корабля-спутника «Восток». В рамках этих испытаний в августе 1960 года успешно слетали в космос и вернулись собаки Белка и Стрелка. К весне 1961 года испытания были закончены. Не забывали и о других космических программах: 12 февраля была успешно запущена станция «Венера-1».
Ещё одним звёздным днём человечества стало 12 апреля 1961 года. В 9 часов 7 минут по московскому времени с космодрома Байконур стартовал космический корабль «Восток» с человеком на борту. Первым космонавтом мира стал гражданин СССР Юрий Алексеевич Гагарин. Совершив за 108 минут полный оборот вокруг Земли, «Восток» успешно приземлился в Саратовской области.
Гагарин с его неповторимой улыбкой сразу стал любимцем и героем всей Земли. Европейская пресса называла его полёт «подвигом века» и «великим завоеванием советской науки». Потомки Жюля Верна прислали ему восторженную телеграмму. В поздравлениях из США искреннее восхищение смешивалось со столь же искренней досадой. Газета «Нью-Йорк Миррор» обрушилась на НАСА, написав, что его сотрудники «посажены на горячую сковородку». В СССР сообщение о полёте Гагарина вызвало ликование, сравнимое только с 9 мая 1945 года. Всюду возникали стихийные митинги и демонстрации. Во все инстанции посыпались письма с просьбами о приёме в космонавты.
Новые успехи. Сюрпризы 1961 года для человечества и персонально НАСА на этом не закончились. 6 августа был запущен «Восток-2», пилотируемый Германом Титовым. Этот полёт продолжался 25 часов за которые корабль совершил 17 витков. Титов во время полёта ел, спал, проводил исследования, вёл киносъёмку. Полёт «Востока-2» имел колоссальное научное значение: было доказано, что полёт Гагарина – не эффектный фейерверк, а первый шаг на долгом пути покорения космоса.
Час американцев наступил в феврале 1962 года, когда Джон Гленн на корабле «Меркурий» совершил трёхвитковый космический полёт. Надо отдать американцам должное: они не стали слепо копировать шаги СССР, а начали готовить собственную космическую программу. Главной целью этой программы была высадка на Луну. На этом направлении им позже удалось опередить СССР. Но в первой половине 60-х годов явное лидерство в освоении космоса оставалось за Советским Союзом. Космические достижения нашей страны сваливались на ошеломлённый мир одно за другим. Впрочем, в те годы каждый полёт был крупным событием и крупным научным прорывом.
В 1962 году первый совместный полёт совершили Андриан Николаев и Павел Попович на кораблях «Восток-3» и «Восток-4». Полёт двух кораблей осуществлялся в непосредственной близости друг от друга. Была установлена прямая радиосвязь, отработаны элементы ручного управления. Оба космонавта испытали свободное плавание в невесомости в кабинах кораблей. В том же году была запущена автоматическая станция «Марс-1». Летом 1963 года совместный полёт на кораблях «Восток-5» и «Восток-6» осуществили Валерий Быковский и первая в мире женщина-космонавт Валентина Терешкова.
В 1964 году начались полёты новых многоместных кораблей «Восход». 12–13 октября совершил полёт первый в мире космический экипаж: командир корабля Комаров, разработчик космической техники бортинженер Феоктистов и врач Егоров. Сутки полёта принесли много полезной информации. В марте 1965 года взлетел корабль «Восход-2» с космонавтами Беляевым и Леоновым. Место третьего космонавта «заняла» шлюзовая камера, через которую Леонов впервые в мире вышел в открытый космос. При возвращении на Землю из-за неполадок в системе ориентации Беляев сажал корабль в ручном режиме. Это оказалось незапланированным и успешным экспериментом.