从1961年到1963年，6艘东方号载人飞船的成功发射，标志着苏联在单座载人飞船技术领域取得了巨大成就。在此基础上，科罗廖夫着手研制多人飞船联盟号。可是，这时一个意外消息打断了他的研制计划。
　　1963年底，苏联领导人赫鲁晓夫得知美国可能在1964年底或1965年初发射载有两人的双子星座飞船。他不能容忍美国在太空技术上超过苏联，于是立即把航天总设计师科罗廖夫召到克林姆林宫商量对策。赫鲁晓夫指示，苏联的航天技术非但不能被美国人落下，反而要再次超过美国。他决定，要在1964年11月7日十月革命节之前把3名苏联航天员送上天。
　　接到赫鲁晓夫的指示，科罗廖夫感到不知如何是好。要完成赫鲁晓夫的命令，他面临两大难题，一是联盟号飞船尚在研制，目前苏联还没有可载3人的飞船，二是运载火箭的推力不够。可是，赫鲁晓夫的指示不能抗拒，他只好因陋就简，没有条件创造条件去完成任务。他对设计师们说，谁有什么想法，哪怕是狂妄的想法也尽管提出来，他准备不分昼夜随时听取。
　　看来联盟号是指望不上了，研制新的飞船更是海市蜃楼，惟一的办法是在已有的东方号单座飞船上打主意，进行“一改三”的设计。为了让只能载一个人的飞船装下3个人，专家们大刀阔斧地对飞船进行了改装，把可用可不用的科学仪器和设备全部拆除，把航天员的生命保障系统压缩到最低限度，甚至在出现灾难事故时用于拯救航天员的逃逸救生系统也舍弃了。然而，就是这样，还是挤不进3个人。最后是回收部主任弗科蒂斯托夫急中生智，大胆提议让航天员不穿航天服，他还自告奋勇地要求参加这次飞行。
　　弗科蒂斯托夫的主意还真行，脱去航天服后，3名航天员还真地塞进了直径2米多的飞船。但是，科罗廖夫和他的设计师们心里都明白，这纯粹是一种冒险行为，可是他们别无选择，为了超过美国，保持苏联的荣誉，就是玩命也值得。
　　苏联将这个仓促改装的飞船命名为上升一号。
　　1964年10月12日，上升一号飞船发射成功，指令长科马罗夫、医生耶戈洛夫和工程师弗科蒂斯托夫身着便装乘坐飞船飞向太空。
　　由于座舱内携带的生活用品极为有限，所以原计划上升一号仅绕地球飞行一天。可是，看到生活用品比较充足，于是科马罗夫向地面指挥中心建议延长飞行时间，但他却遭到了拒绝。科罗廖夫在通话中引用了莎士比亚著名戏剧《哈姆雷特》中的一句台词：“在天堂和地面有许多事情需要我们去想象。”这句台词和科罗廖夫的奇怪举动让3名航天员感到莫名其妙，但是当他们返回地球，并在欢迎仪式上见到新的国家领导人后就全明白了。几天前还和他们通话的赫鲁晓夫被勃列日涅夫集团赶下了政治舞台，科罗廖夫引用《哈姆雷特》的台词是在一语双关地通知他们这个消息，并告诉他们探索空间的任务要等到下次飞行了。
　　尽管没有完成什么科学项目，仅仅是发射升空和安全返回，但是上升一号为苏联争得了又一个“第一”——世界上第一次三人太空飞行。同时，这次飞行还使载人太空飞行的次序出现了颠倒——苏联没有像美国那样一步一步地研制水星、双子星座和阿波罗飞船，循序渐进地完成一人、两人、三人飞行，而是由东方号的一人飞行直接到上升一号的三人飞行，以后再回到联盟号的两人飞行。这种做法最初把西方观察家们搞蒙了，以为上升号是类似美国双子星座那样的一种新飞船，直到后来才明白，它并非更新换代的产品，不过是东方号的一个翻版。西方观察家们还提出了两个问题：上升号飞船为什么不装逃逸救生系统，为什么航天员不穿航天服？苏联人的回答是，苏联的飞船可靠性很高，用不着这些安全措施。这样的回答让西方人目瞪口呆，直到1966年苏联科学家弗拉基米诺夫逃到英国避难后，他们才知道了其中的真相。
　　


　　赫鲁晓夫下台了，但是上升号还得继续上升，它还要完成赫鲁晓夫在任时批准的最后一个航天计划，那就是抢在美国之前实现太空行走。科罗廖夫对航天员们说，宇宙航行不仅局限于把飞船射入轨道，还要在宇宙中建立大大小小的空间站，为此需要学会在宇宙中工作——在飞船或空间站内部工作，在它们的外面穿着航天服工作。
　　要实现太空行走，上升号需要进行改进。美国发展双子星座飞船的太空行走技术时，采用了简化设计，就是直接将座舱作为过渡舱。航天员舱外行走之前，依靠航天服的供氧系统呼吸，然后降低舱内的氧气压力打开舱门；当航天员完成舱外行走任务返回并关上舱门后，再重新使座舱充氧。这种设计用不着设计专门的过渡舱，可以减轻飞船的重量和大小，但它的前提是飞船必须具有极好的密封性。考虑到这种技术的复杂性，苏联按部就班地采用了设计过渡舱的办法。太空行走设备的总设计师塞弗林想出了一个既简单又巧妙的方案，那就是设计一个可伸缩的过渡舱。但是，1965年2月进行的第一次发射试验却失败了，以后进行的两次试验也遭遇了失败。
　　形势对塞弗林很不利，距离预定完成任务的时间已经不多了，美国的太空行走眼看就要进行，他已经没有时间再进行试验或者研制新的过渡舱。因此，塞弗林决定孤注一掷，按原计划发射上升二号，实现太空行走。他的建议很快得到了苏共中央的批准。
　　1965年3月17日深夜，也就是发射的前一天，总设计师科罗廖夫专程来到发射场，在住地会见了上升二号的指令长帕维尔·别利亚耶夫和驾驶员阿列克谢·列昂诺夫。
　　科罗廖夫与航天员轻松地开着玩笑，亲切询问大家的自我感觉，然后转入正题说：“你们知道，不久前我们发射的一艘带过渡舱的试验飞船进入轨道后爆炸了。至今，许多极其重要的特征我们仍然不得而知。”停了一会儿，科罗廖夫接着说：“现在美国人正准备用双子星座飞船进行航天员走出飞船、进入太空的试验。试验一旦取得成功，将意味着我们落在美国之后。因此，我决心冒一次险。”他看了看两名航天员，充满信心地说：“作为一个父辈，我清楚自己在干什么；作为一名工程师，我也知道百分之百的把握是不存在的。不过我确信，我们一定能够成功！”
　　


　　 1965年3月18日莫斯科时间上午10时，上升二号飞船载着别利亚耶夫和列昂诺夫从拜科努尔发射场升空，不久进入了预定轨道。
　　一切按计划进行。当飞船绕轨道飞行第一圈时，列昂诺夫开始做太空行走的准备。他穿上舱外航天服，依靠呼吸纯氧置换掉体内的氮气。
　　准备工作完成后，地面指挥控制中心批准了列昂诺夫准备出舱的请示报告。这时，发射时处于压缩状态的过渡舱已经像手风琴一样完全张开了。列昂诺夫打开设在自己座位一侧的过渡舱，当别利亚耶夫说完“祝你好运”后，他爬了进去。随后，别利亚耶夫关上了舱盖。
　　列昂诺夫开始为过渡舱减压，以便打开外面的舱盖。过了一会儿，通过安装在制动火箭上的电视摄像机，地球上的观众看到过渡舱的环形舱盖开始移动并慢慢开启，接着，舱口露出了列昂诺夫的头，然后是肩膀。完全钻出飞船后，他坐舱口边缘，向摄像机挥手。这时，地面控制中心响起一片“乌拉”的高呼声。
　　“朝霞，朝霞，我是金刚石一号，金刚石二号已经步入宇宙空间。”代号金刚石一号的别利亚耶夫在飞船内激动地向地面指挥控制中心报告。金刚石二号是列昂诺夫的代号。
　　莫斯科时间11时34分51秒，当上升二号飞越里海上空时，列昂诺夫轻轻推了一下过渡舱的舱盖，于是他像一个软木塞一样呼地离开了上升二号飞船，成为世界上第一个置身茫茫太空的人。这时，别利亚耶夫又说了一句具有历史意义的话：“人进入了舱外宇宙空间。”
　　虽然在地面上进行了多次训练，也做好了充分的心理准备，但是第一次脱离飞船进入太空，列昂诺夫还是感到很不适应。茫茫太空，四周无依无靠，无声无息，让人有一种找不着北的感觉。好在身上有一根与飞船连接的5米多长的管道，它像连接婴儿与母亲的脐带，使列昂诺夫多少有了一些安全感。
　　列昂诺夫在太空漫步了10分钟，他与飞船一起以每小时 24000多千米的速度绕地球飞行，同时完成了几项简单任务，包括从舱外卸下一个照相机，移动几件舱外物体。他用这些亲身经历证明，人能够在太空生存和工作。
　　戏剧般的10分钟过去了，列昂诺夫按计划返回飞船。他先把照相机放回过渡舱，谁知刚一松手它就飘走了，反复了几次都没有把它放进去，最后列昂诺夫连脚也用上了才算解决问题。可是，没等列昂诺夫喘口气，又一个危险情况接踵而来。当他打算钻进舱口时，却发现怎么也钻不进去。仔细一看才发现，原来是航天服膨胀成了一个大气球卡在了舱口。这是一种西方研究人员早就预见的效应，而苏联人却不知为什么忽略了。列昂诺夫接着又钻了几次，还是无济于事。他情不自禁地喊叫着：“我来不及了，不成；我再试一次，不行，我还是进不去……”通过无线电，地面控制指挥人员听到了他焦急的声音。
　　


　　经过几番拚搏，列昂诺夫已经筋疲力尽，他气喘虚虚，心跳过速，大汗淋漓，连头盔的面罩上都蒙上了一层水汽。见到列昂诺夫处境危险，飞船里的别利亚耶夫万分焦急，可是却干着急帮不上忙。这种情况，科罗廖夫在飞行前已经预见到了，他暗中命令别利亚耶夫，如果列昂诺夫无法返回飞船，他可以单独返航。别利亚耶夫开始不情愿这样做，但最后还是答应了。
　　大难临头之际，列昂诺夫突然计上心来，要让气球缩小，给它撒气不就行了吗？于是，他开始给航天服放气，一直把气压降到了危险的限度。这一招还真见效，航天服越来越小，列昂诺夫终于挤进了过渡舱。他兴奋地喊了一声“乌拉”，接着又发出一连串的咒骂。
　　列昂诺夫的太空行走前后不过10分钟，但是为了挤进过渡舱却花了14分钟，他的体重随之减轻了6千克。
　　上升二号发射时，莫斯科向全世界宣布飞船进入了轨道，但是像以往一样不透露飞行目的；而当列昂诺夫离开飞船后，又把它当成了一条特别新闻。第二天，列昂诺夫走出上升二号飞船，实现人类第一次太空行走一事成了世界各大报纸的头号新闻。
　　同年6月 3日，美国航天员怀特也首次离开双子星座飞船，进行了20分钟太空行走。但这已经是列昂诺夫太空行走3个月之后的事了。
　　走过一段冒险的“上升”路，苏联又一次比美国领先了。