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 Королев 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 отделение 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 °С. После приземления аппарат оказался зажатым между сосной и березой. Сначала под его тяжестью треснула береза, затем повалилась на бок 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 Чермоз – 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.