Прежде всего следовало определиться, кто лучше всего подойдет для пилотируемой космонавтики. В ходе обсуждения предлагалось несколько вариантов. Медики утверждали, что нужно послать коллегу – специалиста по авиационной медицине. Инженеры настаивали на включении в экипаж конструктора космической техники. Можно было, ориентируясь на опыт американцев, пригласить в программу летчиков-испытателей. После некоторых раздумий Сергей Павлович Королёв остановил свой выбор на летчиках истребительной авиации, полагая, что только они обладают достаточной физической подготовкой, чтобы выдержать все возможные нагрузки, и при этом имеют разностороннее образование: летчик может быть пилотом и штурманом, инженером и радистом. Выступая перед медиками, которым предстояло произвести отбор, главный конструктор изложил свои пожелания по кандидатам:
Первичная работа по отбору кандидатов была возложена на врачей Центрального военного научно-исследовательского авиационного госпиталя. Специалисты понимали, что по опыту летной работы, возрасту и физическим данным личный состав в разных авиационных частях примерно одинаков, поэтому нецелесообразно забираться для поиска необходимых кандидатов в Сибирь или на Дальний Восток – решено было ограничиться европейской частью страны. Медики разбились на пары и разъехались по воинским частям. Прибыв на место, они внимательно просматривали личные дела летчиков, подходивших по критериям отбора. Всего были просмотрены медицинские книжки 3456 человек, а отобрано 352. Кандидатов, в ходе собеседования высказавших желание участвовать в «ракетных полетах», ждал предварительный медицинский этап обследования, который проводился обычно в гарнизонном госпитале. Медики уехали восвояси, и для отобранных потянулись недели ожидания. За это время 53 человека сами приняли решение отказаться от участия в необычном деле, что объяснимо: перспективы новой службы были очень туманны. Кандидатуры еще 74 летчиков отклонили по медицинским показателям. Общее число потенциальных космонавтов сократилось до 225.
Осенью 1959 года их начали группами вызывать в Москву, чтобы провести более детальное обследование в стенах Центрального авиационного госпиталя в Сокольниках. Перед этим, 30 сентября 1959 года, приказом Главнокомандующего ВВС была создана Главная медицинская комиссия, в задачу которой входило вынесение окончательного экспертного заключения. Консультантами комиссии выступали авторитетные академики.
Кандидаты прибывали группами по 20–30 человек. В первые дни отбора (уже в госпитале) 18 человек не захотели проходить процедуры. На этот раз причиной отказа стали опасения, что неудача может помешать дальнейшей летной карьере. Еще два человека были отбракованы по медицинским показателям. Кроме всевозможных анализов и осмотров, кандидатов подвергали так называемым «нагрузочным пробам»: выдерживали в барокамере, крутили на центрифуге, встряхивали на вибростенде, проверяли устойчивость организма к гипоксии. Испытание преодолели только 134 летчика. По утверждению ветеранов отряда космонавтов, требования, которые выдвигали к кандидатам, были явно завышенными. И это выглядит логичным: хотя общее представление о факторах космического полета уже сложилось, никто из ученых в то время не мог сказать, какое влияние на человеческий организм окажет их совокупное воздействие.
Лейтенант Юрий Алексеевич Гагарин прибыл в госпиталь 24 октября 1959 года. Благополучно прошел медицинские осмотры у окулиста, терапевта, невропатолога, ларинголога, хирурга. Успешно выдержал испытания на стендах. При этом он неизменно оставался в бодром расположении духа, а впоследствии, вспоминая этот строгий медицинский отбор, шутил: «Врачей было много, и каждый строг, как прокурор». В госпитале Гагарин старался показать себя с выгодной стороны, а его здоровье было безукоризненным.