На 16 юни 1963 г. Валентина Терешкова излита в космоса с космическия кораб „Восток-6“. Тя става шестият съветски космонавт. По същото време в орбита е космическият кораб „Восток-5“, пилотиран от космонавта Валери Биковски .
В деня на първия си полет в космоса тя казала на семейството си, че отива на състезание по парашут. Те научили за полета от радионовините.
Полковник Николай Петрович Каманин, който е участвал в подбора и обучението на космонавти, си спомня:
„ Всички, които са видели Терешкова по време на подготовката за изстрелването и изстрелването на кораба в орбита, които са слушали нейните репортажи по радиото, единодушно са заявили, че тя е провела изстрелването по-добре от Попович и Николаев. Да, много се радвам, че не сбърках с избора си за първата жена космонавт .“
Терешкова трудно преживяла полета. Въпреки гаденето и физическия дискомфорт обаче, тя оцеляла след 48 обиколки на Земята и прекарала почти три дни в космоса, където водила дневник и правила снимки на хоризонта, които по-късно били използвани за откриване на аерозолни слоеве в атмосферата. След Терешкова, втората жена полетяла в космоса само 19 години по-късно. Това била Светлана Савицкая .
Валентина Терешкова е била и специален гост на град Толбухин, сега Добрич.
Първата жена-космонавт Валентина Терешкова /СССР/ на посещение в Добрич през 1963 г. Снимка Игнат Абаджиев
