Put u otvoreni bezvazdušni prostor počeo je u specijalnoj vazdušnoj komori (pod šifrovanim nazivom „Volga“), koju je s kabinom broda povezivao otvor s hermetičkim poklopcem. Drugi otvor se nalazio na gornjem delu komore. Otvorivši ga u 11 časova i 32 minuta Aleksej Leonov je izašao iz vazdušne komore u otvoreni kosmos. S brodom ga je povezivalo uže od čeličnih kablova i električnih žica. Preko njega su do posade u brodu stizali medicinski i tehnički podaci. Tako se ostvarivala i telefonska veza među kosmonautima.
Leonov je tokom 12 minuta i devet sekundi u otvorenom kosmosu uspeo da izvede nekoliko naučnih eksperimenata. On se pet puta udaljavao od broda na razna rastojanja. Spoljni deo njegovog skafandera se zagrevao na suncu do 60 stepeni Celzijusa i hladio se u senci do minus 100 stepeni. Unutar skafandera je, međutim, bila sobna temperatura i povišen pritisak koji je omogućavao da organizam kosmonauta normalno funkcioniše.
Pritisak se, međutim, opasno našalio s njim. U kosmosu se skafander jako naduvao, kosmonaut je izgubio gipkost pokreta i nije mogao da prođe kroz otvor vazdušne komore. Nekoliko puta je pokušao da se uglavi u otvor, ali bez uspeha. Zalihe kiseonika su već nestajale kada je Leonov spustio pritisak unutar skafandera do havarijskog. To je bilo rizično, jer da se u tom momentu iz njegove krvi još nije pročistio azot (a to niko nije mogao sa sigurnošću da zna), ona bi provrela i to bi ga usmrtilo.
Sve se, na sreću, dobro završilo: skafander se izduvao, Leonov se vratio na brod i dokazao da je čovek sposoban da boravi i da radi u otvorenom kosmosu bez posledica po zdravlje.
Nije stigao na Mesec, ali je izbegao pogibiju
Aleksej Leonov je bio uključen u sastav grupe za pripremu za let na Mesec, ali je program odbačen iz tehničkih razloga. Početkom decembra 1968. godine Leonov je zajedno s drugim kosmonautima napisao pismo Politbirou CK Komunističke partije SSSR-a, s molbom da pod hitno dozvoli let. Lansiranje je bilo čak i zakazano za 9. decembar, pola godine pre Amerikanaca, ali je zatim otkazano zbog neuspeha s raketom N-1.
Tako je na površinu Meseca prvi kročio američki astronaut Nil Armstrong, u julu 1969. godine. Nekoliko meseci kasnije Sovjetski Savez je ukinuo programe za obletanje Meseca i sletanje na Zemljin satelit.
Leonov je 1971. godine zajedno s Valerijem Kubasovom i Petrom Kolodinom trebalo da se uputi na orbitu u brodu „Sojuz 11“, ali je pred sam start medicinska komisija povukla Kubasova zbog zdravstvenog stanja. Nakon toga je povučena cela posada. Georgij Dobrovoljski, Vladislav Volkov i Viktor Pacajev koji su kasnije poleteli, poginuli su tokom sletanja uređaja.
Kosmičko rukovanje
Deceniju nakon prvog leta, 1975. godine, Aleksej Leonov se ponovo našao u kosmosu, ovoga puta kao komandant „Sojuza 19“. On, Valerij Kubasov i američki astronaut s „Apola“ uspeli su da izvedu nešto neverovatno — da u kosmosu spoje dva broda s neusklađenim sistemima za zaštitu.
Na „Sojuzu“ je kreirana atmosfera koja je po sastavu i pritisku bila slična zemaljskoj, dok su na „Apolu“ astronauti udisali čisti kiseonik pod sniženim pritiskom. Zbog toga je direktan prelazak s broda na brod bio nemoguć — kod ljudi bi to izazvalo dekompresionu bolest, koja podrazumeva izdvajanje gasova rastvorenih u krvi i tkivima organizma u vidu mehurića. Oni razaraju zidove krvnih sudova, krvotok se blokira, čovek se parališe i umire.
Rešenje je pronađeno u prelaznom odeljku za pristajanje. On je izveden u orbitu s „Apola“ i omogućio je kosmonautima i astronautima da prelaze s broda na brod, na kojima su pritisak i količina kiseonika bili izjednačeni maksimalno koliko je bilo moguće.
„Apolo“ i „Sojuz“ su se spojili nakon 48 sati, 17. jula 1975. godine, a Aleksej Leonov i Tomas Staford su se rukovali u prelaznom odeljku. Zatim su dve posade četiri puta prešle s jednog na drugi brod. Leonov i Kubasov su se vratili na Zemlju 21. jula.
Eksperimenti koje su izveli na orbiti, a pre svega sâm proces spajanja dva potpuno različita svemirska broda, pokazali su da u orbiti može da funkcioniše velika kosmička stanica na kojoj bi radili stručnjaci iz celog sveta. U novembru 1998. godine takva stanica je postala realnost, a mehanizmi za spajanje koji se koriste za kosmičke brodove raznih zemalja s modulima Međunarodne svemirske stanice, delimično ponavljaju ono što je isprobano tokom misije „Sojuz-Apolon“.
U maju 2019. godine članovi posade Međunarodne svemirske stanice koji su izašli u otvoreni kosmos, prikačili su za svoje skafandere natpise „Leonov br. 1“ i „Srećan rođendan, Alekseju Arhipoviču“. Na stanici je bio prikazan portret čuvenog kosmonauta. Bez Leonova, koji je umro 11. oktobra 2019. u 86. godini, ne bi bilo ni radova u otvorenom bezvazdušnom prostoru, koji se danas smatraju obaveznim prilikom ekspedicija na Međunarodnoj svemirskoj stanici. A ne bi bilo ni same Međunarodne svemirske stanice.
