A Vosztok–3 űrhajó a bajkonuri űrrepülőtérről startolt 1962. augusztus 11-én. Összesen 65 Föld körüli fordulatot tett.
A Vosztok-program harmadik emberes küldetése volt a Vosztok–3. Küldetése, hogy az űrrepülés emberi szervezetre gyakorolt hatásait vizsgálhassák a Szovjetunió űrszakemberei az akkori rekord repülésnek számító időtartamok alatt.
A küldetés célja továbbá a szimultán űrrepülés bemutatása volt, egy másik, szintén embert szállító űrhajó, a Vosztok–4 együttes repültetésével.
A Vosztok–4 egy nappal később, ugyancsak Bajkonurból startolt és a szimultán repülés 1962. augusztus 15-én ért véget. A páros űrrepülés mindkét űrhajója a Balkas-tó térségében, kazahsztáni karagandi területen landolt egymástól 300 kilométer távolságban, 7 perces különbséggel.
