6−7 августа 1961 года совершил полёт на космическом корабле «Восток-2», став космонавтом № 2.
Целью полёта было исследование влияния невесомости на человека. Герман Титов был первым, кто провёл испытания системы ручного управления космическим кораблём, осуществлял маневрирование. Он сделал первые фотоснимки Земли, впервые пообедал и поужинал в невесомости, и, главное, сумел поспать в космосе.