Plán byl tajný a vědělo o něm jen několik kosmonautů. Prozradil ho jeden z nich, Alexej Leonov. Kosmonauti chtěli popel odvézt při první misi k Měsíci, kterou Sovětský svaz plánoval na rok 1968, nikdy se však neuskutečnila a v roce 1969 tam jako první přistáli Američané vedení Neilem Armstrongem.

Kosmickou loď o celkové hmotnosti 4725 kilogramů s Gagarinem na palubě vynesla 12. dubna 1961 na oběžnou dráhu ve výši 186 až 314 kilometrů modifikovaná mezikontinentální balistická raketa první generace typu R-7, kterou vyvinul hlavní konstruktér sovětských kosmických lodí Sergej Koroljov.

Kosmickou loď tvořil kulový přetlakový návratový modul o hmotnosti 2460 kilogramů a průměru 2,3 metru. Sedadlo kosmonauta bylo katapultovací. Před dopadem lodi se Gagarin katapultoval a přistál samostatně na padáku. Tajilo se to, aby byl uznán rekord. Podle Mezinárodní letecké federace FAI platilo pravidlo, že rekord může být uznán jen tehdy, přistane-li posádka se strojem.

Program se rozběhl v lednu 1956, tedy ještě před startem Sputniku 1. Konstrukční práce začaly počátkem roku 1958. První varianta zjednodušeného prototypu kosmické lodi byla vypuštěna 15. května 1960. Při pokusu o návrat shořela v hustých vrstvách atmosféry. Následovala řada dalších pokusů. Poslední generálka se uskutečnila 25. března 1961.

Program podléhal velmi přísnému utajení, takže o něm vědělo jen málo lidí. Proto vznikla řada fám, včetně tvrzení, že Gagarin nebyl prvním člověkem vypuštěným do vesmíru, ale že před ním už někteří zahynuli. Nikdy se to však nepotvrdilo.

Jurij Gagarin zemřel v roce 1968 při nehodě cvičného letadla MiG-15 UTI. Její příčiny nejsou dosud plně objasněny, panovalo však špatné počasí.