Após a União Soviética ter decidido lançar um ser humano para o espaço, Em 1960 foi iniciado um processo secreto de selecção a nível nacional e Gagarin foi escolhido com outros 19 pilotos. Gagarin foi ainda seleccionado para um grupo de treino de elite conhecido como “Sochi Six”, que constituiria os primeiros cosmonautas do programa Vostok.
Gagarin e os outros futuros cosmonautas foram submetidos a experiências concebidas para testar a resistência física e psicológica; ele também foi submetido a treino para o voo seguinte. Dos 20 seleccionados, as escolhas finais para o primeiro lançamento foram Gagarin e Gherman Titov, devido ao seu desempenho no treino, bem como às suas características físicas – o espaço estava a um prémio no pequeno cockpit da Vostok e ambos os homens eram bastante curtos. Gagarin tinha 1,57 metros de altura.
Em Agosto de 1960, quando Gagarin era um dos 20 candidatos possíveis, um médico da força aérea avaliou a sua personalidade como: “Modesto; envergonha-se quando o seu humor se torna um pouco picante demais; alto grau de desenvolvimento intelectual evidente; memória fantástica; distingue-se dos seus colegas pelo seu sentido agudo e abrangente de atenção ao seu ambiente; uma imaginação bem desenvolvida; reacções rápidas; perseverante, prepara-se cuidadosamente para as suas actividades e exercícios de treino, lida com a mecânica celestial e fórmulas matemáticas com facilidade, assim como se destaca na matemática superior; não se sente constrangido quando tem de defender o seu ponto de vista se se considerar correcto; parece que compreende melhor a vida do que muitos dos seus amigos.”