Tàu Soyuz 1 được phóng vào ngày 23 tháng 4 năm 1967 vào lúc 00:32 UTC từ Sân bay vũ trụ Baykonur, đánh dấu sự kiện phi hành gia Komarov trở thành người đầu tiên của Liên Xô bay hai lần vào không gian.

Các trục trặc bắt đầu xảy ra nhanh chóng sau khi phóng khi một tấm pin mặt trời của Soyuz 1 không thể mở ra, dẫn tới sự thiếu hụt năng lượng cho các hệ thống của con tàu vũ trụ. Các vấn đề sau đó với máy xác định sự định hướng khiến việc điều khiển con tàu trở nên phức tạp. Ở quỹ đạo thứ 13, hệ thống tự động ổn định hóa đã hoàn toàn ngưng hoạt động, còn hệ thống điều khiển bằng tay lại không thật sự hiệu quả.

Vào thời điểm này, nhóm phi hành gia của tàu Soyuz thứ hai đã thay đổi nhiệm vụ chính của họ, tự chuẩn bị cho chuyến khởi hành tiếp theo sẽ bao gồm thêm công việc sửa tấm pin năng lượng mặt trời của Soyuz 1. Tuy nhiên mưa nặng hạt ở Baikonur đã khiến cho việc khởi hành không thể diễn ra. Người ta tin rằng, trong thực tế, tàu Soyuz 2 chưa bao giờ được phóng lên bởi các trục trặc phức tạp mà Soyuz 1 gặp phải trong quỹ đạo.[cần dẫn nguồn]

Sau báo cáo của Komarov tại quỹ đạo thứ 13, trưởng nhóm điều khiển chuyến bay quyết định ngừng nhiệm vụ và yêu cầu phi hành đoàn cố gắng quay trở lại bầu khí quyển. Sau khi bay được 18 quỹ đạo quanh Trái Đất, Soyuz 1 bắn tên lửa đẩy để hạ quỹ đạo và quay trở về bầu khí quyển khi bay qua phía trên lãnh thổ Liên Xô một lần nữa, mặc dù phi công có rất ít quyền điều khiển. Bất chấp tất cả các khó khăn kỹ thuật tới lúc đó, Komarov vẫn có thể đã tiếp đất an toàn. Tuy nhiên, cây dù chính đã không bung ra do một cảm biến áp suất bị lỗi mà không được phát hiện trong quá trình sản xuất. Komarov thử tự tay kích hoạt máng trượt dự trữ, nhưng nó trở nên rối rắm vì vướng dù, đã có nhưng không sử dụng được. Kết quả là, nó rớt xuống Trái Đất (tại Orenburg Oblast của Nga) gần như không được thắng, với tốc độ khoảng 40 mét / giây (145 km/giờ). Các tên lửa đẩy lùi lẽ ra đã có thể bắn để làm chậm lại sự hạ cánh. Thay vào đó, khi xảy ra va chạm, đã có một vụ nổ và lửa cháy lớn đã bao quanh khoang tàu. Nhân dân địa phương đổ xô vào để cố gắng kéo nó ra. Dù vậy, Komarov đã chết trong vụ va chạm.

Theo một số bản báo cáo (rất suy đoán), Komarov đã mắng các kỹ sư và thành viên trong đoàn bay.[3] Một cuộc kiểm tra được tiến hành với tàu vũ trụ Soyuz thứ hai, Soyuz 2, cho thấy lỗi tương tự với hệ thống dù, có thể làm banh xác cả bốn nhà du hành nếu chuyến bay được tiến hành. Nhiệm vụ chính của Soyuz 1 và 2 được cáng đáng sau này bởi Soyuz 4 và Soyuz 5.[cần dẫn nguồn]

Komarov được an táng theo nghi lễ nhà nước, và tro sau khi hỏa táng được chôn tại nghĩa địa bức tương Kremlin ở quảng trường Đỏ, Moskva. Một số nguồn tin cho rằng các nhân viên điều khiển chuyến bay đã cho Komarov biết trước khi trở về bầu khí quyển rằng ông sẽ nhận được nghi thức này.[cần dẫn nguồn]