Ngay trước thời điểm phóng tàu, Laika được tắm rửa sạch sẽ bằng dung dịch pha cồn, lông được chải chuốt cẩn thận, và thuốc iốt được bôi vào những vị trí gắn các thiết bị cảm biến theo dõi chức năng cơ thể và được đưa vào khoang lái tàu Sputnik-2. Tất cả đã sẵn sàng.

Ngày 3/11/1957, tại sân bay vũ trụ Baikonur, Sputnik-2 được phóng lên quỹ đạo Trái Đất, mang theo Laika.

Theo các tín hiệu thu được từ các thiết bị cảm biến gắn trên thân thì trong quá trình phóng tàu, nhịp tim của Laika tăng cao gấp 3 lần bình thường. Sau khi tàu đạt đến trạng thái không trọng lực thì nhịp tim của Laika lại bắt đầu giảm mạnh.

Ngay ngày hôm đó, Đài Phát thanh Moskva cho phát đi thông tin rằng những tín hiệu từ Sputnik-2 cho thấy: hoạt động của các thiết bị khoa học vẫn diễn ra bình thường và Laika vẫn sống.

Sáu ngày sau đó, Trái Đất hoàn toàn mất liên lạc với tàu Sputnik-2. Các thông tin do Cơ quan Nghiên cứu Vũ trụ Liên Xô cung cấp vào thời điểm đó cho thấy Laika đã sống tới ngày thứ tư của chuyến du hành.

Không lâu sau khi Sputnik-2 được phóng đi, các nhà khoa học Liên Xô đã phải thừa nhận rằng do các thiết bị đổ bộ chưa kịp hoàn thiện nên tàu Sputnik-2 đã được xác định là sẽ thực hiện chuyến bay thử nghiệm cảm tử, một đi không trở lại.

Hơn nữa, lượng thức ăn và ôxy chỉ đủ cho Laika dùng 10 ngày, trong khi sứ mệnh của Sputnik-2 sẽ kéo dài tới tháng 4/1958.

Điều đó có nghĩa là số phận của Laika đã được định đoạt ngay từ đầu, nó sẽ chết và bị thiêu cháy cùng với con tàu khi quay trở lại bầu khí quyển Trái Đất.

Sau 163 ngày bay liên tục 2.570 vòng quanh quỹ đạo Trái Đất ở điểm gần nhất là 225 km và xa nhất là 1.671 km với vận tốc 28.968 km/h, ngày 14/4/1958, Sputnik-2 mang theo xác Laika đã rực cháy trên đường trở về Trái Đất, kết thúc xuất sắc sứ mạng tiên phong của mình.