Podczas trzydziestego piątego okrążenia Ziemi, obaj kosmonauci opuścili swój pojazd. Był to dopiero drugi radziecki spacer kosmiczny. Po niewielkich trudnościach – jedna z lin Chrunowa zaplątała się – kosmonauci przeszli na pokład Sojuza 4, wchodząc przez służący jako śluza powietrzna moduł orbitalny pojazdu. Obie kapsuły rozdzieliły się po 4 godzinach i 35 minutach wspólnego lotu. Sojuz 4 wszedł w atmosferę i wylądował 100 km na południowy wschód od Karagandy w Kazachstanie 17 stycznia 1969.
Powodzenie misji dowiodło, że wykonanie czynności przewidywanych w radzieckim programie księżycowym jest możliwe. Radziecki plan zakładał, że kosmonauta, który wyląduje na Księżycu, będzie musiał wykonać spacer kosmiczny między orbiterem a zacumowanym do niego lądownikiem – radzieckie pojazdy nie posiadały wewnętrznego połączenia.
Incydent po powrocie Po uroczystym powrocie kosmonautów do Moskwy 22 stycznia doszło do incydentu związanego z próbą zamachu na życie radzieckiego przywódcy Leonida Breżniewa. Po oficjalnym powitaniu kosmonautów na lotnisku Wnukowo-2 przez Breżniewa, mieli oni być zawiezieni na Kreml w celu ich uroczystej dekoracji.