На этом неприятности экипажа «Восхода-2» не закончились. По программе полета корабль «Восход-2» после отстрела шлюзовой камеры на семнадцатом витке должен был совершить посадку 19 марта 1965 года в Кустанае с помощью автоматической системы управления. На шестнадцатом витке по командам с Земли была включена программа ориентации и спуска. На посадочном витке от «Востока-2» была отстрелена шлюзовая камера. Однако в результате подрыва детонирующего кабеля произошел удар по корпусу корабля, и тем самым корабль был «закручен» в двух плоскостях, что привело к выходу из строя системы ориентации корабля по Солнцу, а это, в свою очередь, создало невозможность включения в автоматическом режиме тормозной двигательной установки.
Готовясь к посадке, космонавты за пять минут до включения «ТДУ-1» обнаружили отклонение в работе систем. После короткого анализа обстановки Сергей Королёв распорядился: «Вам разрешена ручная посадка на 18-м витке. Все будет хорошо! Мы вам верим!» Командир корабля Павел Беляев вручную выполнил ориентацию корабля «по-посадочному», после чего включил двигатель. Через 12 секунд после окончания работы «ТДУ-1» произошло разделение спускаемого аппарата от приборного отсека, начался полет по баллистической траектории.
Спускаемый аппарат приземлился в труднодоступном таежном массиве на территории Шемейного леспромхоза, в 66 км от районного центра Усолье и примерно в 12 км от населенного пункта Кургановка. Температура воздуха там была –25 °C. После приземления аппарат оказался зажатым между сосной и березой. Сначала под его тяжестью треснула береза, затем повалилась набок и сосна. Люк, через который можно было выйти, оказался у ствола березы, и открыть его полностью поначалу не удавалось. После раскачивания изнутри крышка люка была сдвинута с опорных болтов и упала в глубокий снег.
Экипаж самолета «Ан-2», выполнявший грузоперелет по маршруту Чёрмоз – Соликамск, получил от диспетчера аэропорта примерные координаты нахождения космонавтов и указание на определение точных координат в квадрате между Косинским и Соликамским районами. После 40-минутного облета указанной территории на высоте двухсот метров второй пилот самолета «Ан-2» Анатолий Иванович Парасенко обнаружил большой купол парашюта, черный шар на белоснежном фоне и космонавтов около него. Жестами они показывали на одежду: им предстояло ночевать в лесу при низкой температуре в скафандрах, которые совершенно для этого не подходили. Летчики сняли свою верхнюю одежду, скрутили ее в узел и сбросили космонавтам, но она, видимо, застряла на деревьях. Экипаж «Ан-2» сообщил диспетчеру точные координаты приземления космонавтов в Усольском районе.
Хотя до конца светового дня оставалось менее двух часов, к месту посадки вылетел вертолет местных авиалиний «Ми-1» с теплой одеждой и продуктами питания. Но космонавты не смогли ими воспользоваться: одежда опять оказалась на деревьях, а продукты упали в глубокий снег. Чтобы как-то утеплиться, космонавты содрали в корабле дедерон, нарезали ленты из парашютных строп, а затем, помогая друг другу, сняли до пояса скафандры, обернулись дедероном, привязав ткань лентами, а потом снова натянули на себя скафандры и с трудом залезли в корабль. Спать легли в креслах ложементов. Беляев заснул сразу, а Леонов подремывал. Руки у Алексея Архиповича закоченели, и он уже не мог шевелить пальцами, почти не чувствуя их. Забытые во время «переодевания» перчатки от скафандра остались внизу на припорошенном снегом шлеме, и ему пришлось выпрыгнуть из кабины корабля. Надев задубевшие на морозе перчатки, Леонов начал хлопать ими по бедрам, чтобы согреться. Тут ему пришла в голову оригинальная идея: он ухватился за парашютную стропу, подпрыгнул, потянул шелковистую ткань. Вскоре у его ног скопилась целая копна строп, в которые после подпрыгивания он завалился и уснул.
Рано утром космонавтов разбудил гул самолета: он кружил вокруг, чтобы отпугивать диких зверей. Эвакуацию осуществляли две группы спасателей: Сергей Королёв принял решение срочно отправить на место своих четырех человек. Из аэропорта Большое Савино группа вылетела на вертолете в район приземления. Кроме того, из работников Шемейного и соседнего леспромхозов была сформирована лыжная поисково-спасательная группа под командованием главного лесничего. В девяти километрах от места приземления было найдено мелколесье, где спасатели вырубили деревья и подготовили площадку для посадки вертолета.
После его прилета на поиски космонавтов отправились пятеро, среди которых был будущий космонавт Владислав Николаевич Волков. До места спускаемого аппарата они добрались 20 марта, вызволив космонавтов из таежной глухомани. Так завершился один из самых экстремальных полетов в истории советской пилотируемой космонавтики.
Ракета «Н-1»