Jego pasją stała się nauka latania i skoki spadochronowe.
W 1954 wstąpił do aeroklubu i rozpoczął naukę pilotażu. W lipcu 1954 wykonał pierwszy samodzielny lot na Jaku-18. 24 sierpnia 1955 roku ukończył kurs w saratowskim aeroklubie. W tym samym roku Jurij, w wieku 21 lat, skończył szkołę z najwyższą oceną, został powołany do wojska i rozpoczął szkolenie u pilota testowego Jadgara Akbułatowa w Pierwszej Wojskowej Szkole Pilotów Lotniczych im. Woroszyłowa w Czkałowie nad rzeką Ural. 8 stycznia 1956 złożył przysięgę, w lutym awansował na sierżanta. 26 marca 1957 wykonał pierwszy samodzielny lot odrzutowcem MiG-15. 6 listopada ukończył szkołę z oceną celującą i awansował na stopień porucznika.
Pod koniec lat 50. XX w. był pilotem MiG-ów w 769 pułku lotnictwa myśliwskiego w Łuostari w obwodzie murmańskim, przy kole podbiegunowymBiogram Jurija Gagarina na stronie Bohaterowie kraju . w ramach Sił Powietrznych Floty Północnej. 8 marca 1960 wyjechał z bazy Nikiel do Gwiezdnego Miasteczka pod Moskwą. W roku 1960 został jednym z dwudziestu pilotów, którzy rozpoczęli przygotowania do lotów w kosmos. Treningi odbywały się w tajemnicy, a grupa kandydatów do pierwszego lotu w kosmos została potem zmniejszona do sześciu. W szkoleniu wyróżniali się Jurij Gagarin i Gierman Titow. Dopiero w czerwcu 1960 r.