11. srpna 1962 odstartoval do kosmu Vostok 3 s Andrijanem Nikolajevem, který se měl jako první člověk v historii během vesmírného letu odpoutat z křesla a vznášet se volně v beztížném stavu. Mise trvala čtyři dny a došlo při ní i na setkání s Vostokem 4, na jehož palubě se nacházel Pavel Popovič.
TIP: Nebezpečné kosmické vycházky: Horké chvilky ve skafandru
Přestože měl Vostok jen velmi omezené manévrovací schopnosti, plavidla se k sobě přiblížila asi na 6 km a oba kosmonauti hlásili vizuální kontakt s druhou lodí. Nikolajev rovněž prováděl vědecká pozorování, testoval systémy plavidla a natočil první barevné záběry Země z vesmíru a také interiér lodi.
