В соответствии с проектом предлагалось провести полет к Луне без высадки на ее поверхность на модифицированном корабле «7К-Л1», старт которого с околоземной орбиты осуществлялся бы при помощи разгонного блока «Д». Поскольку по массе полезного груза проект был на пределе возможностей ракеты и разгонного блока с корабля «Союз» («7К-ОК»), имеющего расчетную массу 6,5 т, были сняты все системы, от которых при облете Луны можно было отказаться. Из-за этого корабль лишился бытового отсека и состоял только из спускаемого аппарата (СА) и приборно-агрегатного отсека (ПАО). В пилотируемом варианте корабля «7К-Л1» должны были устанавливаться два кресла с амортизаторами системы «Казбек», фотоаппарат «Салют-1М» с дополнительным длиннофокусным объективом «Таир-33С», кинокамера «16ЛК-К1» Красногорского завода, автоматический фотоаппарат «АФА-БАМ», фотоаппарат «СКД», индивидуальные дозиметры. Космонавты должны были совершать полет в спортивных костюмах, без спасательных скафандров.
Программа летно-конструкторских испытаний кораблей «7К-Л1», получивших официальное название «Зонд» (индекс изделия 11Ф91), предусматривала десять беспилотных запусков вплоть до первого пилотируемого облета Луны, намеченного на 26 июня 1968 года; после него планировались еще три рейса для закрепления приоритета (два беспилотных и один пилотируемый). В состав экипажей вошли в качестве командиров Юрий Гагарин, Андриян Николаев, Владимир Комаров, Валерий Быковский, Евгений Хрунов; в качестве членов экипажей – Виктор Горбатко, Георгий Гречко, Виталий Севастьянов, Валерий Кубасов, Владислав Волков. Если бы запуски первых пилотируемых «Союзов» и беспилотных «Зондов» прошли удачно, то вполне возможно, что вскоре, на полгода опередив американский корабль «Apollo 8», к Луне ушел бы экипаж из Юрия Гагарина и Виктора Горбатко. Американцы вновь потерпели бы сокрушительное поражение в космосе, что, вероятно, сказалось бы и на самой лунной программе США.
Однако с самого начала проект «7К-Л1» столкнулся с недостатком финансирования, отсутствием необходимых производственных мощностей и скудностью испытательной базы. График летно-конструкторских испытаний неоднократно менялся, а дата пилотируемого полета отодвигалась. Последний раз пилотируемый запуск в облет Луны был перенесен на 9 декабря 1968 года.
Первый корабль проекта стартовал лишь 10 марта 1967 года. Целью запуска упрощенного варианта «7К-Л1П» (№ 2П), получившего название «Космос-146», стало испытание разгонного блока «Д». Первое включение блока для выведения корабля на орбиту Земли прошло успешно, однако из-за неполадок в системе управления его второе включение привело к отклонению «Космоса-146» от расчетной траектории. Апогей увеличился, а перигей понизился, и в результате корабль на второй день полета сгорел в атмосфере.
Следующий «7К-Л1П» (№ 3П), под названием «Космос-154», стартовал 8 апреля 1967 года, но направить его к Луне не удалось. На этот раз из-за отказа в системе управления произошел досрочный сброс блоков малых двигателей, обеспечивающих запуск двигательной установки блока «Д», и корабль остался на околоземной орбите.
Вывод на орбиту корабля «7К-Л1» (№ 4) не состоялся вообще. При его запуске 28 сентября 1967 года отказал один из шести двигателей первой ступени ракеты-носителя «УР-500К», и она была подорвана на 67-й секунде полета.
Очередная попытка запустить «7К-Л1» (№ 5) 22 ноября 1967 года тоже оказалась неудачной. На этот раз не набрал необходимой тяги один из четырех двигателей второй ступени ракеты-носителя. Успешно сработала система аварийного спасения, которая увела спускаемый аппарат в сторону от погибающего ракетного комплекса.
И только 2 марта 1968 года корабль «7К-Л1» (№ 6), получивший название «Зонд-4», был выведен в космос, а затем с помощью блока «Д» переведен на высокоэллиптическую орбиту с апогеем около 300 000 км, имитирующую облет Луны. Спуск корабля из-за неготовности системы ориентации осуществлялся по баллистической траектории, и в связи с возникшей угрозой приземления вне советской территории 9 марта спускаемый аппарат был уничтожен аварийным подрывом над Бискайским заливом.
С началом запусков пилотируемых кораблей НИП-16 стал одним из командных пунктов, и Гагарин периодически посещал Евпаторию. Поскольку запуск «Зонда-4» прошел успешно, 3 марта Юрий Алексеевич во главе группы офицеров, среди которых были Алексей Леонов, Павел Попович и Валерий Быковский, вылетел с полигона Тюратам в Евпаторию, чтобы на практике попробовать дистанционное управление прототипом «7К-Л1».
Интересно, о чем Гагарин думал в те дни? Ведь он прекрасно знал, что это первый удачный полет советского лунного корабля, что за ним последуют другие, что до конца года с большой вероятностью к Луне отправится первый экипаж, который тоже войдет в историю. Он мечтал оказаться в этом экипаже, но всерьез не мог рассчитывать на такое счастье, ведь риск был слишком велик, а ему запретили рисковать. Может быть, потом – следующим рейсом?… Мы никогда не узнаем…