Tính đến tháng 1 năm 1959, Liên Xô đã bắt đầu công tác chuẩn bị cho chuyến bay vũ trụ có người lái.[1] Các bác sĩ thuộc Không quân Liên Xô nhấn mạnh rằng các ứng cử viên du hành vũ trụ tiềm năng phải được tuyển chọn từ các phi công Không quân hội tụ đủ tiêu chuẩn, họ phải có khả năng chịu được gia tốc g cao hơn bình thường, cũng như kinh nghiệm đối với ghế phóng thoát hiểm; trong khi người Mỹ lựa chọn ra bảy phi hành gia có kinh nghiệm hàng không, hay còn gọi là nhóm Mercury Seven.[1] Các ứng cử viên phải thông minh, bình tĩnh trong mọi tình huống và có thể chất tốt.[2]

Tổng công trình sư của chương trình vũ trụ Liên Xô khi đó, Sergei Korolev, đặt ra yêu cầu tuyển chọn các phi hành gia là họ phải là đàn ông, độ tuổi từ 25 đến 30, không cao hơn 1 mét 75 và không nặng quá 72 kg.[3] Các yêu cầu đặt ra trong tuyển chọn các nhà du hành vũ trụ được phê duyệt vào tháng 6 năm 1959. Đến tháng 9, người ta bắt đầu phỏng vấn các nhà du hành vũ trụ tiềm năng. Mặc dù họ không được thông báo rằng mình có được chọn để bay vào vũ trụ hay không, nhưng một trong những bác sĩ phụ trách quá trình tuyển chọn tin rằng một số phi hành gia có thể suy luận ra điều này.[3] Chỉ hơn 200 ứng viên vượt qua được quá trình phỏng vấn và đến tháng 10, họ tiếp tục trải qua một loạt các bài kiểm tra thể chất khắt khe, kiểm tra trong buồng giảm áp và kiểm tra bằng máy ly tâm tại trung tâm huấn luyện phi hành gia.[4] Đến cuối năm 1959, đã có 20 phi hành gia được tuyển chọn.[4] Trong số 20 phi hành gia này, năm người có độ tuổi vượt ngoài quy định, do đó về sau giới hạn về độ tuổi đã được nới lỏng. Không giống như nhóm các phi hành gia của Mỹ, nhóm này đặc biệt không bao gồm các phi công có kinh nghiệm; Belyayev là người có nhiều kinh nghiệm nhất với 900 giờ bay. Các tàu vũ trụ của Liên Xô được tự động hóa nhiều hơn các tàu vũ trụ của Mỹ, do đó, kinh nghiệm lái tàu vũ trụ là không cần thiết.[5]

Ngày 11 tháng 1 năm 1960, Nguyên soái Không quân Konstantin Vershinin phê duyệt kế hoạch thành lập trung tâm huấn luyện phi hành gia, với nhiệm vụ huấn luyện cho các phi hành gia trước khi bay vào vũ trụ; ban đầu cơ sở có khoảng 250 nhân viên.[4] Vershinin đã giao nhiệm vụ cho phi công nổi tiếng Nikolai Kamanin giám sát các hoạt động tại trung tâm. Đến tháng 3, hầu hết các phi hành gia đã tập trung tại cơ sở đào tạo; Vershinin đã có một bài phát biểu chào mừng vào ngày 7 tháng 3 và những người có mặt đã chính thức được giới thiệu vào nhóm du hành vũ trụ.[2] Các phi hành gia đã được bắt đầu theo chế độ tập thể dục hàng ngày và được dạy các lớp học về các chủ đề như hệ thống tên lửa không gian, điều hướng, địa vật lý và thiên văn học.

Do những hạn chế về không gian của cơ sở huấn luyện, kể từ ngày 29 tháng 6 năm 1960, các phi hành gia và nhân viên đã được chuyển đến một cơ sở mới ở thành phố Ngôi sao (sau đó được gọi là Zelenyy), đây cũng là nơi đào tạo phi hành gia của Nga trong suốt hơn 60 năm.[6]

Vanguard Six

Tại Học viện nghiên cứu bay Gromov, người ta đã chế tạo một mô hình tàu vũ trụ mô phỏng: TDK-1. Do sự kém hiệu quả của việc đào tạo tất cả 20 phi hành gia trong mô phỏng, người ta quyết định chọn ra sáu phi hành gia để trải qua khóa đào tạo cấp tốc.[7] Nhóm 6 phi hành gia được quyết định vào ngày 30 tháng 5 năm 1960, và ban đầu bao gồm Gagarin, Kartashov, Nikolayev, Popovich, Titov và Varlamov.[7]

Tháng 7, sau khi được chuyển về thành phố Ngôi sao, hai trong số sáu người này đã được thay thế do lý do sức khỏe. Đầu tiên, trong một thử nghiệm quay ly tâm 8 g, Kartashov đã bị một số tổn thương bên trong, gây xuất huyết nhẹ trên lưng.[8] Mặc dù Gagarin yêu cầu giữ Kartashov lại nhưng bác sĩ đã quyết định loại anh ra khỏi nhóm. Sau đó, Varlamov gặp một tai nạn trong bể bơi, trong khi đang lặn trong hồ gần trung tâm huấn luyện, Varmalov đã bị va đầu vào đáy bể làm lệch đốt sống cổ.[9] Do đó đến cuối tháng bảy, nhóm Vanguard Six bao gồm những thành viên: Gagarin, Bykovskiy, Nelyubov, Nikolayev, Popovich, và Titov.[7]

Đến tháng 1 năm 1961, sáu người này đều đã hoàn thành khóa huấn luyện nhảy dù và phục hồi, cũng như huấn luyện mô phỏng trong ba ngày.[10] Ngày 17 tháng 1, sáu phi hành gia trải qua bài kiểm tra cuối cùng, bao gồm thực hiện huấn luyện mô phỏng và một bài kiểm tra viết. Dựa trên những kết quả thu được, một ủy ban do Kamanin giám sát đã đưa ra trình tự ưu tiên cho các phi hành gia trong chuyến bay vào vũ trụ như sau: Gagarin, Titov, Nelyubov, Nikolayev, Bykovskiy, Popovich.[10] Ở giai đoạn này, Gagarin rõ ràng là người được phù hợp nhất để trở thành người đầu tiên bay vào vũ trụ, không chỉ dựa trên các bài kiểm tra mà còn trong số các đánh giá không chính thức của đồng nghiệp.[11]