Космический корабль "Восход-2" стартовал с Байконура 18 марта 1965 года в 10:00.
Экипаж состоял из командира Павла Беляева и пилота Алексея Леонова.
"Восход-2" был снабжён надувной шлюзовой камерой, которая позволяла выходить в открытый космос без разгерметизации всего корабля.

Уже на первом витке Алексей Леонов в скафандре "Беркут" перешёл в шлюзовой отсек и в 11:34 вышел в открытый космос.

Павел Беляев передал сообщение в эфир:
"Человек вышел в космическое пространство! Человек вышел в космическое пространство! Находится в свободном плавании!"

Леонов находился в космосе 12 минут 9 секунд, удалившись от корабля - с кораблём его связывал трос-фал длиной 5,35 метра.

При его возвращении возникла нештатная ситуация - скафандр увеличился в объёме из-за перепадов давления и космонавт с трудом мог вернуться обратно. Чтобы войти в шлюз он снизил давление в скафандре, что было рискованным шагом.
Несмотря на сложности, Алексей Леонов успешно вернулся в корабль.

На этом испытания не закончились. Отстрел шлюзовой камеры повлиял на автоматическую стабилизацию полёта. Корабль после 17 витков в автоматическом режиме должен был приземлиться в Казахстане, но при спуске с орбиты отказала автоматическая система посадки, и Беляеву пришлось вручную управлять кораблём.

Корабль приземлился не в расчётной точке, а в глухой тайге в 180 км от Перми. Из-за лесистой местности посадка вертолётов в месте приземления была невозможна и космонавтам пришлось в суровых зимних условиях двое суток ждать эвакуации.
Всё завершилось благополучно.

Выход Алексея Леонова в открытый космос стал прорывом - этот опыт позволил разработать технологии выхода в космос, которые впоследствии использовались в работах на орбите и при строительстве космических станций.