I rymdskeppet Vostok 2 blev Titov den 17 augusti 1961 den andra människan i omloppsbana, då han under 25 timmar färdades 17 varv runt jorden. Det innebar ett stort steg framåt jämfört med Jurij Gagarins enda varv och amerikanerna Alan Shepards och Virgil Grissoms korta ballistiska färder tidigare samma år.