两艘飞船的联合计划
东方六号是苏联东方载人计划的最后一次飞行。任务并非单独发射一名女性：1963年3月确定的方案，是让一名男性先进行较长时间飞行，再发射女性航天员，使两艘飞船至少共同在轨一至两天。公布目标包括比较男女在太空环境中的反应，并改进同时运行的载人飞船系统。
谢尔盖·科罗廖夫领导的第一特别设计局负责飞船工程，格奥尔基·秋林主持国家委员会，尼古拉·卡马宁代表空军组织航天员事务。苏联科学院院长姆斯季斯拉夫·克尔德什另提出观察大气亮度、云层和地平线的研究安排。发射前，设计人员检查飞船并更换有缺陷的仪器，委员会协调工程、医学与乘员准备。
跳伞经验进入航天训练
捷列什科娃是1962年入选的五名女性候选人之一。训练包括离心机、低压舱、生存课程、航天理论和飞船操作，最后由她担任主飞航天员，伊琳娜·索洛维约娃作为替补。第918厂还需为女性乘员研制专用加压服，使身体防护与座椅、测量设备相配合。
在1967年的自述中，捷列什科娃称自己入队前跳伞六十三次，为航天飞行又完成六十二次。她认为跳伞不仅训练离机与落地，也训练人在突然失去支撑时辨认方向、协调动作和迅速作决定。这些技能与东方飞船返回末段的弹射离舱直接相关；长时间的地面训练，最终要在数分钟的下降过程中发挥作用。
6月16日进入地球轨道
瓦列里·贝科夫斯基先于6月14日乘东方五号升空。两天后，二十六岁的捷列什科娃从拜科努尔出发，东方六号于莫斯科时间中午十二时二十九分左右发射，数分钟后进入轨道。她使用“海鸥”作为呼号，向地面报告飞行情况，并与在另一艘飞船中的贝科夫斯基建立无线电联系。
两船在最初阶段曾相距约五公里，但各自沿不同轨道平面飞行。联合任务主要依靠同时在轨、通信和相互比较观察记录来实现。地面还接收座舱电视画面，向公众展示她在失重环境中的活动。东方六号最终完成四十八圈绕地飞行，捷列什科娃从发射至本人着陆经历约七十小时五十分。
观察结果与操作中的限制
捷列什科娃的飞后报告记录了城市、云层和月球摄影，以及透过滤光片观察地平线发光带、南美洲雷暴和夜间城市。她报告作过两次光度计测量，也坦言有些生物实验未完成，因为无法够到实验对象；书写铅笔折断则妨碍了记日志。
手动定向试验也经历了反复。地面由加加林等航天员及姿态控制工程师提供操作指导，她在返回前完成了定向练习。长时间坐在同一姿势下，航天服和传感器产生压迫感。任务记录因此同时包含可用观察、未完成项目和人机界面问题，给后续设计提供了具体反馈。
参考：[4]
飞船与航天员分别降落
6月19日，地面发送返回程序指令，东方六号开始制动和大气再入。飞船的自动系统承担主要返回动作；航天员的手动定向能力则为自动系统失灵时保留备用途径。临近地面，捷列什科娃从返回舱弹射而出，随后独立撑伞下降，返回舱则以自己的回收程序着陆。
她在事后自述中特别强调，跳伞可以是紧急逃生手段，也可以是东方飞船的正常下降方法。即使弹射动作由自动装置启动，人体仍要承受分离、开伞和落地的冲击，判断与动作训练仍然重要。东方六号的乘员和舱体并非同一时刻接地，公布的约七十一小时航程以航天员本人返回为尺度。
飞行结束后的评价与意义
任务结束后，捷列什科娃向国家委员会报告飞行经历。医学人员对她的食欲、疲劳和工作表现提出批评，她本人则强调仍有能力执行任务。后来公布的通信记录补充了当年的公开消息：她在部分时段确有不适，在操作中得到地面指导，并在返回前完成了定向试验。
东方五号和六号之后，东方载人飞行没有继续实施，苏联工程力量转向更先进的飞船。女性进入地球轨道则已成为实绩：一名经过训练的女性完成近三天的独立太空航程，公开广播、图像与飞后报告使这一事实进入国际社会的视野，也把女性乘员的工作环境带入载人航天的实际经验。