Po tym jak Związek Radziecki podjął decyzję o wystrzeleniu człowieka w kosmos, w 1960 roku rozpoczęto tajny, ogólnokrajowy proces selekcji, w wyniku którego Gagarin został wybrany wraz z 19 innymi pilotami. Gagarin został zakwalifikowany do elitarnej grupy szkoleniowej zwanej „Szóstką z Soczi”, która miała stanowić pierwszych kosmonautów programu Wostok.
Gagarin i inni przyszli kosmonauci zostali poddani eksperymentom mającym na celu sprawdzenie wytrzymałości fizycznej i psychicznej; przeszli również szkolenie przed zbliżającym się lotem. Spośród 20 wybranych, do pierwszego startu wybrano Gagarina i Ghermana Titova, ze względu na ich wyniki w treningu, a także cechy fizyczne – w małym kokpicie Wostoka było bardzo mało miejsca, a obaj mężczyźni byli raczej niscy. Gagarin miał 1,57 m wzrostu.
W sierpniu 1960 roku, gdy Gagarin był jednym z 20 możliwych kandydatów, lekarz sił powietrznych ocenił jego osobowość jako: „Skromny; zawstydza się, gdy jego humor staje się nieco zbyt drapieżny; widoczny wysoki stopień rozwoju intelektualnego; fantastyczna pamięć; wyróżnia się wśród kolegów ostrym i dalekosiężnym zmysłem zwracania uwagi na otoczenie; dobrze rozwinięta wyobraźnia; szybkie reakcje; wytrwały, przygotowuje się starannie do zajęć i ćwiczeń, z łatwością radzi sobie z mechaniką nieba i wzorami matematycznymi, a także przoduje w matematyce wyższej; nie czuje się skrępowany, gdy musi bronić swego punktu widzenia, jeśli uważa, że ma rację; wydaje się, że rozumie życie lepiej niż wielu jego kolegów.”