Скептики были посрамлены: космонавт легко двигался внутри кабины, вращался вокруг своей оси, не теряя ориентации и не испытывая неприятных ощущений — помогли особые тренировки вестибулярного аппарата, разработанные специалистами Государственного института авиационной и космической медицины по итогам полёта Титова.

Помимо «свободного плавания» Николаеву предстояло опробовать новое меню. Если для Гагарина и Титова готовили специальную еду, напоминавшую детское питание: мясные и мясо-овощные пюре, плавленый сыр, паштеты — всё в алюминиевых тубах, то участники группового полёта могли питаться почти как на Земле. Их меню составляли на основе личных вкусовых предпочтений, оно включало не только паштеты и пюре, но и натуральные продукты: свежий хлеб, котлеты, жареное мясо, куриное филе, язык говяжий, сэндвичи с икрой, пирожки с килькой, спинки воблы, апельсины, яблоки и лимоны. Чтобы крошки не разлетались по кабине корабля, продукты приготавливали порциями «на один укус». Андриян Николаев впоследствии не скупился на похвалы кулинарам.

Однако «гвоздь» программы был впереди. Двенадцатого августа в 11:02 по московскому времени оторвался от земли «Восток-4» с Павлом Романовичем Поповичем (позывной «Беркут»). Наземные службы сработали на «отлично» — когда корабль вышел на орбиту, Попович и Николаев сразу увидели друг друга: их разделяли каких-то 6,5 км. Волнение было столь велико, что, нарушив инструкцию, Попович крикнул в переговорное устройство: «Привет, Андрей! Я тебя вижу! Ты справа от меня летишь, как маленькая Луна». — «Ты чего, Беркут? - удивился Николаев. - Нас же ругать будут». — «Да брось ты! - весело отозвался Попович.

— Пускай попробуют добраться до нас, чтоб ругать…»

Тем не менее высота орбиты «Востока-4» немного отличалась (180 км в перигее, 254 в апогее), поэтому виток за витком корабли расходились, и к концу группового полёта потеряли друг друга из виду — расстояние в тот момент составляло 2850 км.

Разумеется, Попович должен был повторить эксперимент Николаева по «свободному плаванию». Много позднее Попович рассказывал: «Андриян отвязался и вышел из кресла, через сутки мне тоже предстоит это сделать. Он мне шумит по радио — летим-то рядом: “Паша, ты отвязывайся, всё нормально будет!” Я отвязался, немножко так подвинулся - из кресла не выхожу. Андрияну передаю: “Что-то не выхожу”. Он мне: “А ты оттолкнись!” Ну я и оттолкнулся. А ведь там же невесомость! Головой так шарахнулся о потолок, что в космосе прозвучало крепкое русское словцо».

Групповой полёт продолжался. По его ходу космонавты выполняли технические и биологические эксперименты, вели бортовые журналы, снимали поверхность Земли через иллюминаторы на кино- и фотоплёнку, наблюдали Луну и созвездия, занимались физкультурными упражнениями и проводили бесконечные вестибулярные пробы, чтобы медики не волновались: болезнь укачивания пилотам «Востоков» не грозит. Впервые телевизионные изображения, передававшиеся с борта кораблей, транслировали в прямом эфире по советскому телевидению, а через систему «Евровидение» — в страны Европы.

В ходе полёта складывались и необычные ситуации, которые выглядят сегодня анекдотическими, но на орбите могли иметь неприятные последствия. Павел Попович вспоминал: «Я просыпаюсь по космическому будильнику. Настроение такое приятненькое, посмотрел в один иллюминатор — нет Земли, посмотрел в другой — нет Земли, в третий — опять нет Земли. И у меня тогда волосы встали дыбом, так как я решил, что, пока я спал, двигатель (а он у нас был одноразового включения) включился и сработал наоборот, на разгон.