Nadat de Sovjet-Unie had besloten een mens naar de ruimte te lanceren, werd in 1960 een geheime nationale selectieprocedure gestart en werd Gagarin samen met 19 andere piloten gekozen. Gagarin werd verder geselecteerd voor een elite trainingsgroep bekend als de ‘Sochi Zes’, die de eerste kosmonauten van het Vostok programma zouden vormen.
Gagarin en de andere aspirant-kosmonauten werden onderworpen aan experimenten ontworpen om het fysieke en psychologische uithoudingsvermogen te testen; hij onderging ook training voor de komende vlucht. Van de 20 geselecteerden werden uiteindelijk Gagarin en Gherman Titov gekozen voor de eerste lancering, vanwege hun prestaties bij de training en hun fysieke kenmerken – de ruimte in de kleine Vostok cockpit was beperkt en beide mannen waren nogal klein. Gagarin was 1,57 meter lang.
In augustus 1960, toen Gagarin een van de 20 mogelijke kandidaten was, beoordeelde een luchtmachtarts zijn persoonlijkheid als: “Bescheiden; brengt in verlegenheid als zijn humor iets te racy wordt; hoge graad van intellectuele ontwikkeling duidelijk; fantastisch geheugen; onderscheidt zich van zijn collega’s door zijn scherp en verregaand gevoel voor aandacht voor zijn omgeving; een goed ontwikkelde verbeelding; snelle reacties; volhardend, bereidt zich nauwgezet voor op zijn werkzaamheden en oefeningen, gaat met gemak om met hemelmechanica en wiskundige formules en blinkt ook uit in hogere wiskunde; voelt zich niet geremd als hij zijn standpunt moet verdedigen als hij meent gelijk te hebben; blijkt het leven beter te begrijpen dan veel van zijn vrienden.”