Start vom Kosmodrom Baikonur; Landung 200 km südöstlich von Karaganda.

Wostok 3 startete schließlich am 11. August 1962 um 11:30 Uhr Moskauer Zeit vom Raketenstartplatz Baikonur und erreichte nach wenigen Minuten die Erdumlaufbahn mit einer Inklination von etwa 65 Grad. Nach knapp 24 Stunden folgte Wostok 4 mit Pawel Popowitsch an Bord. Das war das erste Mal, dass sich zwei Raumfahrer gleichzeitig im All aufhielten.

Es wurde ein zeitweiliger Gruppenflug mit Wostok 4 durchgeführt, wobei sich beide Raumschiffe bis auf ca. 5 km (Sichtweite) näherten. Die beiden Kosmonauten hielten über einen längeren Zeitraum hinweg die Funksprechverbindung aufrecht, wobei sie Beobachtungen und Angaben über Messwerte in ihren Raumfahrzeugen austauschten. Die Raumschiffe wurden indes nicht aktiv selbst gesteuert, sondern die Bahnen waren sorgfältig berechnet worden. Entsprechend schnell drifteten sie auch wieder auseinander. Zum Abschluss machte Andrijan Nikolajew noch Aufnahmen in Farbe sowohl von der Erde vom All aus, als auch vom Innern der Kabine. Auch der Raumanzug funktionierte einwandfrei. Es gab aber ein kleineres Problem mit einem Telemetrie-System.

Die Landung erfolgte in der gleichen Art, wie bei den bisherigen Wostok-Flügen.

Der Gruppenflug von Wostok 3 und Wostok 4 wurde als große Errungenschaft der sowjetischen Raumfahrt gefeiert. Auch wenn inzwischen bekannt ist, dass die Raumschiffe selbst nicht gesteuert werden konnten, ist es als großartige Leistung anzusehen, zwei Starts innerhalb von 24 Stunden durchzuführen. Auch die Übertragung von Sprache und Telemetrie zu zwei Raumschiffen gleichzeitig war eine besondere Leistung, schließlich gab es damals noch keine Nachrichtensatelliten und die Sowjetunion verfügte im Gegensatz zu den USA nicht über ein weltumspannendes Netz von Bodenstationen.