Во время учебы в техникуме Юрий Алексеевич Гагарин занимался в Саратовском областном аэроклубе на самолете Як-18. Выполнил 196 полетов. После окончания училища летчиков и до зачисления в отряд космонавтов Ю. А. Гагарин служил летчиком, затем старшим летчиком истребительного авиационного полка ВВС Северного флота.

В марте 1960 г. приказом Главкома он был зачислен слушателем-космонавтом в отряд космонавтов 1-го набора ЦПК ВВС.

В течение года Юрий Алексеевич проходил курс ОКП. После успешной сдачи выпускных экзаменов его зачислили на должность космонавта ЦПК с присвоением квалификации «космонавт ВВС» в группу для подготовки к первому пилотируемому полету на КК «Восток». Одновременно с Юрием Гагариным проходили подготовку Валерий Быковский, Григорий Нелюбов, Андриян Николаев, Павел Попович и Герман Титов. С октября 1960 по апрель 1961 г. эта группа непосредственно готовилась к полету на КК «Восток».

8 апреля 1961 г. Государственная комиссии назначила пилотом КК «Восток» старшего лейтенанта Ю. А. Гагарина.

12 апреля 1961 г. в качестве пилота КК «Восток» Юрий Алексеевич Гагарин (позывной «Кедр») совершил первый в мировой истории космический полет, продолжавшийся 1 час 48 минут.

Спускаемый аппарат и космонавт приземлились вблизи деревни Смеловка Терновского района Саратовской области. День 12 апреля стал Днем космонавтики.

Последующие годы были очень напряженными в жизни Гагарина. После полета Юрий Алексеевич непрерывно совершенствовал свое мастерство как летчик-космонавт, а также принимал непосредственное участие в обучении и тренировке экипажей космонавтов, в руководстве полетами КК «Восток», «Восход», «Союз». Много времени и сил отнимала учеба в академии.

В сентябре 1965 г. Юрий Алексеевич включился в подготовку по программе «Стыковка» к полету в качестве командира активного КК серии «Союз» в составе 2-го экипажа. В марте 1967 г. сдал комплексные экзамены с оценкой «отлично». Во время испытаний КК «Союз-1» 23 апреля 1967 г. был дублером пилота корабля.

Ю. А. Гагарин вел большую общественно-политическую работу, являясь депутатом Верховного Совета СССР 6-го и 7-го созывов, членом ЦК ВЛКСМ, президентом Общества советско-кубинской дружбы. С миссией мира и дружбы он посетил многие страны.

27 марта 1968 г. Ю. А. Гагарин трагически погиб в авиационной катастрофе при выполнении тренировочного полета на самолете УТИ МиГ-15 вместе с летчиком-инструктором полковником В. С. Серегиным.

Ю. А. Гагарин награждён орденом Ленина, медалями СССР, а также многими орденами зарубежных стран.

Имя Ю. А. Гагарина, как имя Н. Е. Жуковского, носит Военно-воздушная академии ВВС РФ. Учреждена стипендия им. Ю. А. Гагарина для курсантов военных авиационных училищ. Международной авиационной федерацией (ФАИ) учреждена медаль им. Ю. А. Гагарина. Имя Гагарина носят Центр подготовки космонавтов СССР и научно-исследовательское судно АН СССР.

В Москве, Гагарине, Звездном городке, Софии установлены памятники космонавту. Открыты мемориальный дом-музей в Гагарине, мемориальная комната в академии, где Юрий Алексеевич завершал свою дипломную работу. Гагарин был избран почетным гражданином многих городов СССР и мира. Его именем были названы город Гагарин (бывший г. Гжатск) Смоленской области, кратер на обратной стороне Луны и малая планета № 1772.