Dopo la decisione dell’Unione Sovietica di lanciare un essere umano nello spazio, un processo di selezione segreto a livello nazionale fu avviato nel 1960 e Gagarin fu scelto con altri 19 piloti. Gagarin fu inoltre selezionato per un gruppo di addestramento d’élite noto come i “Sei di Sochi”, che avrebbero costituito i primi cosmonauti del programma Vostok.
Gagarin e gli altri futuri cosmonauti furono sottoposti a esperimenti progettati per testare la resistenza fisica e psicologica; si sottopose anche all’addestramento per il volo imminente. Dei 20 selezionati, le scelte finali per il primo lancio furono Gagarin e Gherman Titov, a causa delle loro prestazioni nell’addestramento e delle loro caratteristiche fisiche – lo spazio era prezioso nella piccola cabina della Vostok ed entrambi gli uomini erano piuttosto bassi. Gagarin era alto 1,57 metri.
Nell’agosto del 1960, quando Gagarin era uno dei 20 possibili candidati, un medico dell’aviazione valutò la sua personalità come: “Modesto; si imbarazza quando il suo umorismo diventa un po’ troppo spinto; alto grado di sviluppo intellettuale evidente; memoria fantastica; si distingue dai suoi colleghi per il suo acuto e ampio senso di attenzione all’ambiente circostante; un’immaginazione ben sviluppata; reazioni rapide; perseverante, si prepara scrupolosamente per le sue attività e gli esercizi di allenamento, maneggia la meccanica celeste e le formule matematiche con facilità ed eccelle nella matematica superiore; non si sente costretto quando deve difendere il suo punto di vista se si considera giusto; sembra che capisca la vita meglio di molti dei suoi amici.”