1960-tól vett részt űrhajósok kiképzésében, 1964-ben ő volt a Voszhod-1 űrhajó parancsnoka. 1967-ben ő próbálta ki a Szojuz- sorozat első űrhajóját. Feladatát maradéktalanul teljesítette, ám a Földre való visszaérkezéskor (1967. április 24-én) a Szojuz-1 fékezőernyője rácsavarodott a kabinra, s így az űrhajó nagy sebességgel csapódott a földbe. Komarov hősi halált halt. A katasztrófa helyszínén - Orenburg közelében - tiszteletére gránit emlékművet emeltek, és róla nevezték el a Hold egyik kráterét.