Teresjkova ble 3. mars 1962 plukket ut som en av tre kvinnelige kosmonaut-kandidater i en utvelgelse der fallskjermhopping var ett av kravene. Vedtak om a ta ut ytterligere to kvinner ble fattet 3. april 1962. Etter en intens treningsperiode ble Teresjkova valgt som kosmonaut for
Vostok 6
, som i tidsrommet 16.-19. juni 1963 gjennomførte en ferd av 2 dager, 22 timer og 50 minutters varighet, delvis samtidig med Vostok 5 og kosmonauten Valerij F. Bykovskij. Samtidigheten var arsak til betegnelsen ≪gruppeflukt≫, men de to romfartøyene var aldri nærmere hverandre enn 5 km.
Under store deler av ferden var Teresjkova plaget av
romsyke
med nedsatt ytelse, og utbyttet forskningsmessig sett var neppe sa positivt som de offisielle meldingene underveis og like etter landing ga inntrykk av. Prestisjemessig og politisk var imidlertid den første kvinnen i verdensrommet en ny
sovjetisk
romsuksess, og Teresjkova ble meget populær bade hjemme og utenlands. Hun tok en kosmonautingeniør-utdannelse (med utmerkelse) ved det anerkjente Zhukovskij Flyvapen Ingeniørakademiet, der hun i 1977 ogsa tok en doktorgrad.