Kada se Jurij Gagarin uspešno vratio iz svemira 1961. godine, glavni sovjetski raketni inženjer Sergej Korolev je došao na ideju da se u svemir pošalje i jedna žena. Valentina je dobila poziv 16. februara 1962. godine da se pridruži Ženskom kosmonautskom korpusu, gde je bilo preko 400 kandidatkinja. Izabrano je njih pet: Tatjana Kuznjecova, Irina Solovjeva, Žana Jorkina, Valentina Ponomareva i Valentina Tereškova. Uslovi su bili da su kandidatkinje bile padobranke mlađe od 30 godina, da nisu više od 170cm i da nisu teže od 70kg. Tereškova je bila posebno dobar kandidat delom zbog njene proleterske biografije, a delom jer je njen otac, komandir tenka narednik Vladimir Tereškov bio ratni heroj u Finskom ratu.

Obuka je obuhvatala bestežinsko stanje, izolaciju, centifugu, raketnu teoriju, avio-inženjering, 120 padobranskih skokova i obuku pilota mlaznog lovca aviona MiG-15. Sve ovo je trebalo savladati u nekoliko meseci koliko je trajala obuka, do finalnog ispita novembra 1962. godine. Četiri kandidatkinje su prošle ispite i dobile čin potporučnika Sovjetskog vazduhoplovstva. Cilj misije je bio da se dve žene lansiraju u svemir u samostalnim Vastok letovima, u 2 uzastopna dana marta ili aprila 1963. godine. Vodeće kandidatkinje su bile Tereškova, Solovjeva i Ponomareva. Prvobitno je bilo planirano da se Tereškova lansira brodom Vastok 5, a da je Ponomareva prati u Vastok 6, ali se taj plan izmenio marta 1963. godine. Odlučeno je da Vastok 5 ponese muškog kosmonauta Valerija Bikovskog, a da ga ženski kosmonaut prati dva dana kasnije u junu mesecu 1963. godine. Državna svemirska komisija je na sastanku 21. maja nominovala Tereškovu, a nominaciju je potvrdio lično Nikita Hruščov. Tereškova je bila tačno 10 godina mlađa od Gordona Kupera, najmlađeg kosmonauta američkog svemirskog programa Mercur VII.

Prisustvovala je 14. juna uspešnom lansiranju Vostok 5 i odmah zatim počela završne pripreme za njeno lansiranje. Ujutru 16. juna je zajedno sa svojom zamenom Solovjevom obučena u svemirsko odelo i autobusom prebačena do lansirne rampe, gde je zapečaćena u kaspuli nakon izvršene zdravstvene i kominikacijske provere. Nakon dva sata odborojavanja Vostok 6 je besprekorno poleteo put svemira a dvadesetšestogodišnja Valentina Tereškova je postala prva žena u svemiru. Uprkos mučnini i fizičkoj nelagodnosti za vreme trajanja leta ona je uspešno obišla Zemlju 48 puta i provela skoro 3 dana u svemiru, više nego svi dotadašnji američki kosmonauti zajedno. Fotografije koje je napravila za vreme boravka u orbiti su kasnije iskorišćene za identifikaciju aerosol slojeva u atmosferi. Sletela je bezbedno na Zemlju 19. juna samo 3 sata pre nego što se Bikovksi u Vastoku 5 spustio 5 kilometara dalje. U jednom trenutku je putem radija komunicirala sa Bikovskim i Hruščovom istovremeno.

Iako su postojali planovi za dalje lansiranje žena u svemir, bilo je potrebno čak 19 godina da Svetlana Savicka postane druga žena u svemiru. Ni jedna od žena u početnoj grupi Tereškove nije letela, a u oktobru 1969. godine je ova ženska kosmonautska grupa rasformirana.