1957-ben első osztályú minősítéssel avatták pilótává, két évvel később jelentkezett az űrkutatási programba, s háromezer vetélytárs közül választották ki.
A szovjet hírügynökség, a TASZSZ 1961. április 12-én közölte, hogy Jurij Alekszandrovics Gagarin a Vosztok-1 típusú egyszemélyes űrhajóval egy óra negyvennyolc perc alatt megkerülte a Földet, majd sikeresen földet ért az előre kijelölt körzetben, a Szovjetunió területén. A legenda szerint az űrhajózási állami bizottság a rajt napjának reggelén German Tyitovot jelölte ki űrhajósnak, de Nyikita Hruscsov, a kommunista párt mindenható főtitkára bekérette a jelöltek tablóját és a fotogénebb Gagarin képére bökött...
A szenzációs eseményt alaposan kihasználták a kommunista rendszer felsőbbrendűségének bizonyítására. Gagarint ezredessé léptették elő, megkapta a Szovjetunió Hőse címet és a Lenin-rendet. A két lábon járó propagandafegyver beutazta az egész világot (1961-ben Magyarországon is járt), a nyílt arcú, egyszerű, szerény fiatalember mindenhol rokonszenvet keltett. Állam- és kormányfők fogadták, elhalmozták kitüntetésekkel, holdkrátert és ásványt neveztek el róla.
A hithű kommunista Gagarin mindig kiállt hazája és annak rendszere mellett. Amikor Afrikában megkérdezték, volt-e nála valamilyen talizmán, teljes komolysággal azt válaszolta: "Igen, a szkafanderem zsebében egy igazolás, hogy szovjet állampolgár vagyok. Ez a legmegbízhatóbb talizmán." A korabeli szovjet titkolózás miatt azonban még ma is akadnak, akik kétségbe vonják, repült-e Gagarin, vagy ha igen, ő volt-e az első.
Gagarint öt évre eltiltották minden veszélyes tevékenységtől, így nem vezethetett autót és egyedül sem mehetett sehová. A szovjet űrhajósok egységének parancsnoka, majd a később róla elnevezett kiképzőközpont parancsnok-helyettese lett. 1968 februárjában repülőmérnöki diplomát szerzett, s ismét repülhetett vadászgépen. Március 27-én rossz időjárási viszonyok közepette szállt fel először, a legtapasztaltabb pilóta társaságában. A Mig 15-ös géppel 12 perc után megszakadt a rádiókapcsolat, öt méter mélyen a fagyott földbe fúródott roncsait csak reggel találták meg.
Gagarin halála is a leghajmeresztőbb pletykákra adott alkalmat. Egyesek szerint az "élő műemlék" szerepét nehezen viselő Gagarin depresszióba esett, inni kezdett és részegen szállt fel. Mások szerint a KGB, a szovjet állambiztonsági szolgálat szervezte összeesküvés áldozata lett, megint mások szerint "Földön kívüliek" ragadták el. Rebesgették, hogy űrkísérlet vagy közúti baleset áldozata lett, felrobbantották, lelőtték, öngyilkos lett, avagy katapultált és megtalálták, ezután plasztikai műtétet hajtottak végre rajta és zárt intézetbe csukták.
A szerencsétlenséget akkor kivizsgáló kormánybizottság jelentése szerint a gép egy meteorológiai ballonnal ütközött a baleset előtt. Húsz évvel később egy újabb vizsgálat azt állapította meg, hogy a gép egy másik repülőgép okozta turbulencia miatt dugóhúzóba került és bár ebből még sikerült kijutnia, már olyan közel volt a földhöz, hogy a becsapódást nem lehetett elkerülni.
