11 августа 1962 года в 11 часов 30 минут стартовал в космос корабль «Восток-3» с Андрианом Николаевым. Следом за ним, 12 августа в 11 часов 02 минуты в космос поднялся корабль «Восток-4» с Павлом Поповичем. Так состоялся первый в мире групповой полет в космос.
В полёте поддерживалась радиосвязь между кораблями и Землёй. На Землю впервые передавались ТВ-изображения космонавтов, транслировавшиеся по телевизионной сети СССР и Интервидения. В полёте космонавты освобождались от катапультируемых кресел и свободно плавали в кабине в условиях невесомости; проводились медико-биологические эксперименты. Одной из задач совместного полёта двух кораблей был военный эксперимент по программе создания перехватчика спутников, при этом «Восток-3» играл роль цели, а запущенный вслед ему «Восток-4» — перехватчика.
Во время этого полета был установлен новый рекорд продолжительности полёта (для того времени) — 94 часа 22 минуты.
Благодаря большой точности в выведении на орбиту обоих кораблей, параметры их орбит практически совпадали, максимальное сближение кораблей составило порядка 6,5 км. В полёте космонавты визуально могли наблюдать корабли друг друга.
15 августа 1962 г. на А.Г. Николаев приземлился в 9 часов 52 минуты в районе города Каркаралинск Карагандинской области. А в 9 часов 59 минут в районе поселка Атасу Карагандинской области приземлился и Попович. Оба космонавта, а также корабли «Восток-3» и «Восток-4» приземлились, как и было предусмотрено программой полета, в Казахстане.
А.Г. Николаев и П.Р. Попович установили первые мировые рекорды по продолжительности и дальности группового космического полета в классе орбитальных полетов. Их полет показал, что на космических кораблях типа «Восток» можно летать в течение длительного времени.
Сам первый групповой полет был с восхищением воспринят в стране и во всем мире. Ему были посвящены марки, открытки, значки и, в том числе, ряд местных «клубных» почтовых гашений городских обществ коллекционеров.