Принципиально новый шаг в освоении космоса человеком был сделан в марте 1965 года, когда на орбиту спутника Земли мощной ракетой-носителем был выведен советский корабль-спутник «Восход-2» с космонавтами П.Беляевым и А.Леоновым на борту. На втором витке полета А. Леонов в специальном скафандре впервые в истории космонавтики осуществил выход в космическое пространство, удалился от корабля на расстояние до нескольких метров, провел комплекс запланированных исследований и благополучно возвратился в корабль. Выход человека в открытый космос явился беспримерным подвигом, который доказал, что человек может не только совершать полеты в космос, но и работать непосредственно в космическом пространстве вне корабля. Решение этой трудной задачи ознаменовало собой начало качественно нового этапа в развитии космонавтики.

В дальнейшем космонавтика добилась ряда новых выдающихся достижений. Так, 3 февраля 1966 года советская автоматическая станция «Луна-9» опустилась на поверхность Луны в районе Океана Бурь. Тем самым впервые была совершена мягкая посадка на поверхность ближайшего к нам небесного тела, открывшая новые возможности для дальнейшего изучения Луны.

В том же году удалось посадить на Луну еще два аппарата: в середине года американский космический аппарат «Сервейор-1», а в конце года — советскую автоматическую станцию «Луна-13». На основании исследований, проведенных советскими и американскими космическими аппаратами на поверхности нашей небесной соседки, были получены первые сведения о механических, физических и химических характеристиках лунного грунта.