ソ連が人間を宇宙に打ち上げることを決定した後、1960年に秘密裏に全国的な選考が開始された。 ガガーリンは19人のパイロットとともに、1960年に秘密裏に行われた全国選抜に選ばれた。
ガガーリンをはじめとする宇宙飛行士候補たちは、肉体的・心理的な耐久性を試す実験を受けたり、飛行に向けた訓練を受けたりした。 選ばれた20人のうち、最終的に初飛行に選ばれたのは、訓練での成績に加えて、ガガーリンとゲルマン・ティトフだった。
1960年8月、ガガーリンが20人の候補者の1人に選ばれたとき、空軍の医師は彼の性格をこう評価した。 “1960年8月、ガガーリンが20人の候補者の中から選ばれたとき、空軍の医師は彼の性格を次のように評価している：「控えめで、ユーモアが少しでもキレると恥をかく。 忍耐強く、活動や訓練のためには入念な準備をし、天体力学や数式を簡単に扱い、高等数学にも優れている。自分が正しいと思えば、自分の意見を守らなければならないときにも気負いがなく、多くの友人よりも人生をよく理解しているように見える。”