1963年6月16日,她乘“联盟-6”号宇宙飞船,从拜科努尔航天发射场升起进入太空,开始了她举世闻名的太空旅行。在历时70小时41分、绕地球48圈、航程200万公里的整个过程中,地面上的人,没有感觉到她有任何的不适和异常,大家只听到一个温柔、平和的声音:“我是海鸥,飞行正常。”而事实并非如此,其中的艰辛与痛苦只有她自己才能体会到。在进入太空的3天时间里,捷列什科娃从来就没有舒服过,限于当时的技术条件,穿透力极强的宇宙射线,使她与孩子的身心受到了极大的伤害。返回地面后,她不仅是被抬出机舱的,而且经过了一个多月后才能站起来。
在此之后,她的骨骼变得异常松脆,仅因自身体重就造成过多次骨折,有时还伴有出血现象,至今也没有完全恢复正常。可以说她为苏联乃至世界的宇航事业做出了重大牺牲。
为了表彰捷列什科娃对人类航天事业的巨大贡献,苏联政府授予她最高奖赏~~列宁勋章和齐奥尔科夫斯基奖章,国际航空联合会授予她“宇宙”金质奖章,国际地理学会把月球背后的一座环形山以她的名字命名,可见荣誉之高。捷列什科娃的名字响彻全球。