Korabl-Sputnik 5 được phóng lên quỹ đạo vào lúc 05:54:00 UTC ngày 25/3/1961, bằng tên lửa đẩy Vostok-K từ sân bay vũ trụ Baykonur.[2] Tàu đã được đưa thành công lên quỹ đạo Trái đất tầm thấp. Theo kế hoạch, tàu sẽ thực hiện một vòng quỹ đạo quanh Trái đất hoàn chỉnh, sau đó sẽ rơi lại vào bầu khí quyển Trái đất ngay trên không phận của Liên Xô; tổng thời gian bay dự kiến cho sứ mệnh bay một vòng quanh quỹ đạo là 105 phút.[4] Trong quá trình hạ thấp độ cao, ma nơ canh đã được phóng thành công ra khỏi tàu vũ trụ để thử nghiệm ghế phóng, ma nơ canh sẽ hạ cánh tách biệt với module tàu vũ trụ, tương tự như trong sứ mệnh Korabl-Sputnik 4.[4] Korabl-Sputnik 5 hạ cánh vào lúc 07:40 UTC, Đông Bắc Izhevsk, gầy Chaykovsky, Perm Krai.

Thử nghiệm liên lạc phi hành gia

Các nhà khoa học đưa Ma nơ canh kèm theo cuộn băng thu âm nhằm thử nghiệm hệ thống liên lạc trên tàu vũ trụ. Trong đoạn băng thu âm có một dàn hợp xướng âm nhạc và một giọng nam mô tả cách thức chế biến borscht,một loại súp của Ukraine làm từ củ dền, như thể nhà du hành vũ trụ đang chuẩn bị nó. Không thể chế biến súp trong điều kiện không trọng lực, và người Liên Xô đã đoán ra rằng "ngay cả nhân viên tình báo phương Tây cả tin nhất cũng biết rằng không thể đưa một dàn hợp xướng vào bên trong vệ tinh Korabl-Sputnik." Tuy nhiên, những thính giả không nói tiếng Nga, những người đã theo dõi đường truyền radio, ban đầu đã tin rằng thực sự có một phi hành gia đang điều khiển tàu. Phi hành gia Aleksey Arkhipovich Leonov về sau đã nhớ lại "Vì hãng thông tấn nhà nước Liên Xô, TASS không đưa ra thông báo về việc phóng vệ tinh, tin đồn đã lan truyền như đám cháy rừng rằng chính phủ Liên Xô đã dấu nhẹm vụ phóng tàu vũ trụ có người lái, và cho rằng chuyến bay đã thất bại"[7]

Thu hồi lại khoang tàu vũ trụ

Khu vực hạ cánh có bão tuyết khiến cho việc xác định vị trí hạ cánh chính xác của tàu vũ trụ gặp khó khăn.[4] 24 giờ đồng hồ sau khi hạ cánh, nhóm các nhà khoa học mới tới được khu vực tàu vũ trụ rơi.[4] Người dân trong làng đã hỗ trợ cho đội tìm kiếm bằng xe trượt tuyết do ngựa kéo.[8] Đội cứu hộ đã báo cáo rằng tàu vũ trụ vẫn còn rất nóng, không thể chạm tay vào, dù đã bị vùi sâu trong tuyết trong 24 giờ đồng hồ.[8]