1962年8月11日，“东方”3号飞船由东方号运载火箭成功发射上天，飞行94小时25分钟，绕地球飞行64圈。8月15日，“东方”3号和“东方”4号飞船先后安全返回地面。

在“东方”3号飞船发射之后，8月12日苏联又成功发射了“东方”4号飞船。两天之内连续发射两艘飞船的目的是试验两艘飞船轨道编队飞行和轨道上交合的可能性。在飞行中，两艘飞船进行了无线电联系，同时进一步考察了人在失重条件下的工作能力和生理、心理状态。两名航天员都记录了心电图、脑电图和呼吸描计图，并且对为航天员规定的食物、水和氧的需要量以及卫生条件的合理性进行了验证。

苏联的“东方号”飞船由两部分组成，上端是球形乘员舱，直径2.3米，重2.46吨。下端是仪器舱，呈圆台圆锥结合体，最大直径2.43米，高2.25米，重2.27吨。在飞船中还专门设有一个小型的通信电子设备舱，并携带了一台电视摄像机，一个光学定向装置，一个宇航员观测装置以及应答装置。科研人员希望通过这些设备能够使宇航员在飞船飞行过程中获得尽可能多的讯息。

另外，“东方号”飞船的轨道设计有一个突出的特点，它采用近地点只有180千米的低轨道。虽然这样低的高度大气对飞船轨道衰减十分厉害，但是如果制动火箭系统失灵，飞船可以在10天内逐渐衰减降低轨道，最终以缓慢的速度返回地面；同时这种形式可以不必考虑复杂的轨道保持系统，简化了设计。除此之外，由于飞船不是垂直高速再入而是缓慢的大倾角再入，使得烧蚀防热设计更容易些，但随之导致飞船的再入和着陆点很难预测。

截止到“东方号”飞船不再进行发射之时，飞船共进行了6次载人飞行。虽然由于飞船的限制和其他原因，“东方号”飞船的飞行没有取得很多的科学研究成果，但是在医学实验，特别是人在轨道飞行期间的反应和适应性方面却获取了第一批重要资料也取得了丰厚成果，为新一轮载人太空飞行积累了丰富的经验。