Beberapa menit sebelum peluncuran, Gagarin memberikan pidatonya.
“Anda harus menyadari bahwa sulit untuk mengungkapkan perasaan saya sekarang bahwa ujian yang telah lama kita lalui dengan penuh semangat sudah dekat. Saya tidak perlu menceritakan apa yang saya rasakan ketika saya menyarankan agar saya melakukan penerbangan ini, yang pertama dalam sejarah. Apakah itu sukacita? Tidak, itu adalah sesuatu yang lebih dari itu. Kebanggaan? Tidak, itu bukan hanya kebanggaan. Aku merasakan kebahagiaan besar,” kata Gagarin.
“Untuk menjadi orang pertama yang memasuki luar angkasa, untuk terlibat dalam duel yang belum pernah terjadi sebelumnya dengan alam - mungkinkah seseorang memimpikan sesuatu yang lebih besar dari itu? Tapi segera setelah itu, saya memikirkan tanggung jawab yang luar biasa yang saya alami, menjadi orang pertama yang melakukan apa yang telah diimpikan oleh banyak orang, untuk menjadi orang pertama yang membuka jalan ke luar angkasa bagi umat manusia,” paparnya.
Vostok 1 berserta Yuri Gagarin diluncurkan pada pukul 9.07 am Waktu Moskow. Tepat setelah lepas landas, Gagarin dengan tegas memanggil, "Poyekhali!" ("Ayo kita pergi!").
Gagarin meroket ke luar angkasa, menggunakan sistem otomatis. Gagarin tidak mengendalikan pesawat ruang angkasa selama misinya. Namun, jika terjadi keadaan darurat, Gagarin dapat membuka sebuah amplop yang tertinggal di papan untuk melihat kode.
Dia tidak diberi kontrol ke pesawat antariksa karena banyak ilmuwan khawatir tentang efek psikologis berada di luar angkasa. Mereka khawatir dia akan emosi.
Setelah memasuki ruang angkasa, Gagarin menyelesaikan satu orbit mengelilingi Bumi. Kecepatan tertinggi Vostok 1 mencapai 28.260 kpj (sekitar 17.600 mph). Di akhir orbit, Vostok 1 masuk kembali atmosfer bumi.
Ketika Vostok 1 masih sekira tujuh kilometer dari tanah, Gagarin keluar dari pesawat ruang angkasa yang membawanya dan menggunakan parasut untuk mendarat dengan selamat. Lama durasi misi Vostok 1 dari peluncuran (pukul 9.07 pagi) ke pendaratan di tanah (10.55) adalah 108 menit. Gagarin mendarat dengan selamat menggunakan parasutnya sekira sepuluh menit setelah Vostok 1.