1955年加加林以优异成绩从工业技术学校毕业,之后被征入航空学校,开始在奥伦堡航空军事学校学习飞行,1957年被推荐至奥尼堡第一契卡洛夫空军飞行员学校,正式参加苏联军队,曾独自驾驶米格-15战机。还成为北海舰队航空军团的一名歼击机飞行员,同年与奥伦堡医学院毕业生瓦伦蒂娜·伊万诺夫娜·戈尔巴乔娃结婚,结婚日期就在加加林毕业的同一天。

1959年10月,前苏联首位航天员的选拔工作在全国展开。加加林从3400多名35岁以下的空军飞行员中脱颖而出,成为20名入选者中的一员,并于1960年3月被送往莫斯科,开始在前苏联航天员训练中心接受培训。在训练中,加加林成为前苏联第一名航天员。1960年,加加林加入苏联共产党。

1960年,在经历多次人员筛选后,加加林与其他19名航天员被选中参与苏联太空计划,后来又选进“索契六号”训练组,再后来又成为第一个选入“东方计划”精英训练组的航天员。加加林与其他准航天员进行了身心承受能力的训练及测试,又经历过飞行训练。鉴于两人在训练期间的表现和生理特征,加加林和盖尔曼季托夫最终从训练组中脱颖而出。由于东方号驾驶舱很窄,所选的两名航天员身高都很矮,其中加加林仅为1.57米高。加加林是敏锐的冰球运动员,也是篮球迷,曾执教萨拉托夫工业技术学院队并担任裁判。

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