1959年秋，他们按小组分批来到莫斯科，开始在位于索科利尼基区的中心航空医院试验台上进行检查。同时，1959年9 月30 日，依照空军总司令第00240 号命令成立了核心医学委员会，主要任务是研究解释各种试验获得的结果。委员会的顾问邀请自各权威研究院。对候选人的试验持续了大约两个月。
候选人小组一般由20~30人组成。在最初几天的挑选过程中（指在航空医院里进行的挑选） ，有18个人提出不再参加后面的流程。此次候选人拒绝的原因是，如果后续试验失败，将会对候选人今后的飞行职业造成威胁。还有2个人是因医学委员会提出了异议而被淘汰。除了所有的检查和分析外，候选人还接受了所谓过载试验——在压力舱内、在离心机上旋转，在振动台上振动，还检查了身体器官在缺氧情况下的稳定性。经过这一阶段之后，候选人只剩下了134名。
加加林上尉是1959年10月24日8抵达医院的。他很顺利地通过了开始的眼科、临床、神经和咽喉、外科等医学检查，也很成功地经受了试验台试验。在试验中，他一直保持着非常勇敢的心态，后来在回忆这些严格的医学检查时，他开玩笑说，有很多医生，每个都很严格，就像检察官一样。
总体上，选拔委员会坚持了总设计师所提的要求。但是容许出现了一些例外的特殊情况。比如，卡马罗夫33岁，但是他具备非常出色的工程师素养； 别里耶夫35岁，他是最出色的飞行员； 邵宁的个头稍微高了点，但是他的冷静和理性让所有的人为之倾倒。在选拔过程中，依旧保持着自愿的原则——任何时刻都可以按照自己的真实愿望退出。有几名候选人就没能承受住心理压力或身体经受不住物理过载。当时，里昂诺夫也是经加加林的劝说才留下的。
1960年1月11日，空军总司令签署了第321141 号指令，同意成立特殊的军事单位（第26266 部队） ——后来改组为宇航员训练中心。2月，航空医学研究院试验部主任、医疗服务部队的中校卡尔波夫成为该中心的领导。
当时，在委员会展开预先安排的心理研究方面的“6 号题目”试验中，只有29人通过选拔。按照司令部的指令，第一小队不应当超过20人，所以委员会决定将剩下的9人作为备份。最后阶段的选择依据了什么样的原则，现在已经没有人能说清了，结果却是大家都知晓的。最后，第一航天小队的名单如下：
安尼科耶夫（战斗机飞行员，27岁）
别里耶夫（战斗机飞行员，35岁）
邦达连科（战斗机飞行员，23岁）
贝科夫斯基（战斗机飞行员，26岁）
瓦拉莫夫（战斗机飞行员，26岁）
瓦雷诺夫（战斗机飞行员，26岁）
加加林（战斗机飞行员，26岁）
戈尔巴特卡（战斗机飞行员，26岁）
扎伊金（战斗机飞行员，28岁）
卡尔塔索夫（战斗机飞行员，28岁）
卡马罗夫（航空工程师，33岁）
里昂诺夫（战斗机飞行员，26岁）
涅留波夫（战斗机飞行员，26岁）
尼古拉耶夫（战斗机飞行员，31岁）
波波维奇（战斗机飞行员，30岁）
拉菲科夫（战斗机飞行员，27岁）
季多夫（战斗机飞行员，25岁）
费拉季耶夫（战斗机飞行员，30岁）
赫鲁诺夫（战斗机飞行员，27岁）
邵宁（战斗机飞行员，25岁）
在托管委员会的总结会议结束之后，入选的候选人再次返回各自的部队，等待莫斯科的召唤。入选秘密的军事单位并不意味着候选人掌握了飞向太空的“机票”。他们还需要克服很多的障碍。但是第一航天小队的所有成员都已经做好了准备。
5．3 第一宇航员小队
1960年3月3日，苏联国防部颁布了第31号令“宇航员们的临时地位”，该命令明确了宇航员的地位和责任。在各种文件中，出现了一个新的俄语词汇“宇航员”。
这个新词的创造者是最伟大的苏联宇航理论学家施泰恩斐尔德。还在第二次世界大战之前，他就在自己的著作中使用了这个词，当时他的同事们还批评了他的做法。但是施泰恩斐尔德表示，对于人类活动的新领域，不应该按照其众多的可能应用中的一个方向来命名，而“天文”表示的是“星星”。不管怎样，“宇航员”比“宇宙飞行员”听起来更像俄语。
首次召集未来的宇航员们到莫斯科的命令应该是1960年2月发出的。这样，3月初波波维奇就抵达了首都。3天后，贝科夫斯基与他会合。很快，安尼科耶夫、瓦雷诺夫、加加林、戈尔巴特卡、卡马罗夫、涅留波夫、尼古拉耶夫、季多夫、邵宁也抵达莫斯科。又过了4天，里昂诺夫也来了。
1960年3月7日，12名已经抵达的前飞行员被引荐到了司令部的代表维尔舍宁9面前。同一天，第267号命令发布，所有这些人都被赋予了新的任务，成为空军宇航员训练中心的“宇航员学员”。他们的训练由传奇飞行员卡曼宁10上将领导，他被任命为空军总司令航天工作助理。
当学员们抵达莫斯科时，因为住所还没有准备好，所以他们只好先住在以伏龙芝命名的中心飞机场地勤服务大楼里，就在迪纳摩地铁站的对面。理论学习从14日开始，第一次课是由伊斯多夫斯基讲授的。他非常详细地向未来的宇航员们讲授了过载、失重的作用，并在课堂上讲解了医学、生物学的相关问题。
科罗廖夫在得知学员们的课业是按照医学专业组织的之后，很快命令自己的助手们（吉洪拉沃夫、费奥克季斯托夫和谢瓦斯基亚诺夫11），还有科学院的物理学家们加入到学员们的授课教师队伍当中。他们讲授了火箭技术、飞行动力学、飞船及其分系统的结构等课程。学员们还学习了天文物理、地球物理学、航天通信，以及很多非常专业的课题。
在3~4月间，又有7名飞行员陆续归队，6月17日，空军总司令发布了第839号命令，其中最后一名成员卡尔塔索夫也注册在案。
此时，前期到达的学员已经学习了宇航员的基础理论，4 月13日，他们前往恩格斯城进行跳伞训练。训练由尼克金中校领导，他是非常著名的跳伞人、荣誉运动员，多项世界纪录的保持者和第一位弹出座椅的试验者。当然，所有的宇航员候选人，作为现役的飞行员，都知道如何操作降落伞。例如，加加林曾经身背5 个降落伞跳伞。但是当尼克金向大家介绍了跳伞训练内容后，大家都感到震惊。原来训练的不仅仅是跳伞，而是真正的飞行——从不同的高度、在不同风力和风向的条件下跳伞，降落地也不仅是地面，还有水面……还包括专门的在最初10~50秒开伞过程中出现故障时的跳伞训练。在此训练阶段结束时，每位学员都获得了跳伞项目教练的资格。
跳伞训练持续了一个多月。尽管飞行员们都有丰富的经验，但尼克金的训练依然从基础开始，也就是说在训练机上进行起飞前跳伞包打包和着陆设备整理的工作。所有的飞行员都顺利地掌握了这个阶段的内容并进入到跳伞环节。每次都有教练陪伴他们，检查他们的设备，关注他们的情绪。后来，加加林写道：“跟从这样的专业教练学习是非常有趣的——他们教给我们很多东西：如何从飞机上起跳、在自由降落阶段如何控制身体、如何判断到地面的距离、如何在地面和水面降落等。”
尽管训练十分严格，但未来的宇航员们还是有一些可以按个人兴趣和意愿来度过的个人时间。比如里昂诺夫撰写并出版了《快报》。文中对4月23日有这样的描述：“自由落体阶段，在空中调整身体控制设备方面表现良好并获得了优异成绩。加加林和波波维奇同志在这个阶段的训练中表现出了勇敢、果断、冷静的特点，并能够实际判断且有意识地完成所有自由落体阶段的运动。”
5月19日，未来的宇航员学员们参加了跳伞考核。尼克金向飞行员们宣布，他们已经顺利地完成了跳伞训练，所有人都获得了跳伞教练的称号。包括加加林在内的部分学员表达了自己的不满足，并要求教练员允许他们再完成更多的跳伞训练，因为这样他们就能够获得跳伞运动能手的称号了。但尼克金没有同意——这是已经签署的训练内容之外的东西。当晚，最后一期《快报》出版了，并配着里昂诺夫的画：宇航员们跪在尼克金面前，请求哪怕再多跳一次伞，下面的题字是“航空领域前所未见之景”。顺便提一句，小队里最优秀的跳伞队员称号被授予了瓦雷诺夫。
1960年7月初，宇航员小队来到莫斯科附近的绿城（后更名为星城）。正是在这里，在北方铁路“41 千米”火车站的地区，开始修建空军宇航员训练中心。中心建成前，主要的试验台都位于国立高级航空航天科研试验研究所和航空军事科研中心医院。
因为训练基地不够大，没办法对所有学员马上进行飞行训练准备，所以决定从宇航员小队中选出6 人，作为先期训练队员。在选择这6个人的时候，首先考虑的是过载试验的结果、理论课程和体能训练的结果。当然，在选择的时候还要考虑“身体”因素。瓦雷诺夫太壮，邵宁太高，卡马罗夫的理论课程学习居前，但是他心脏跳动略微有一点不显著的瑕疵，虽然只在离心机上转动时偶然出现。此外，选拔过程中还考虑了心理测试的结果，与他人的沟通能力，性格，性情，是否健谈，忍耐性，等等。
最后宇航员训练中心的领导选拔出他认为最有希望的候选人——波波维奇和尼古拉耶夫大尉，加加林、季多夫、瓦拉莫夫和卡尔塔索夫上尉。6人小组在训练中获得了优先参加“东方号”飞船模拟器训练的权利。而其他人则参加了其他一些强度稍弱的训练科目。
在6人小组中最优秀的是卡尔塔索夫。他是最后加入宇航员小队的，但是很快就获得了宇航员训练中心领导的关注，并入选6 人小组。为了追赶他人，他训练得非常辛苦。在不到一个月的时间里，他完成了跳伞训练的全部内容，并开始进行离心机训练，期间还不时超出训练指导范围进行训练。结果7月16日，在一次训练后，卡尔塔索夫出现细微出血——淤斑。开始，医生以为这是偶然性的。但离心机上再次进行的加载试验证明了诊断结果：出血表明了血管的不良状态。于是，他离开了宇航员小队。卡尔塔索夫在远东又服役了很久，后来在基辅当了一名试飞员。
瓦拉莫夫则因为意外而离开了“游戏”。7 月24 日他在熊湖游泳，在岸边潜水的时候，头碰到了湖底，他感到剧痛。在星城医院就诊时，诊断结果是“颈骨错位”。同一天，他接受了“拉伸”治疗。经过治疗，瓦拉莫夫又开始训练，但最终医疗小组婉拒了他留队的愿望。离开宇航员小队后，瓦拉莫夫并没有离开星城，而是担任了宇航员训练中心的航天飞行指挥点领导人的助理，之后，成为航天训练的高级教练，专长是天文导航。
卡尔塔索夫的空位由涅留波夫填补，他也成为最优秀的学员之一。而瓦拉莫夫则由贝科夫斯基顶替。这位精瘦的上尉体重只有63千克，却表现出了非同寻常的忍耐力：15秒钟内承受9倍过载的常规试验，他坚持了25秒，让人不很愉快的失重试验，他居然进行得很高兴。
5．4 训练宇航员
就像第7处的试验员们一样，宇航员学员们也需要承受很高的过载，当然，对他们并没有提出最高纪录的指标要求。但个别情况下，他们依然要经受足够严苛的耐受性检验。
例如，第一特种设计局曾要求对6 人小组试验12．1 倍的过载，因为如果返回舱进入垂直下降模式，将会出现这种过载。这个要求是很严苛的，因为还要考虑当时座椅在离心机上的相对姿态，而当时在这方面还远没有进行优化（姿态位置的优化是到1961年底才实现的）。6人小组非常圆满地经受了试验。试验中，尼古拉耶夫和贝科夫斯基表现最好。加加林被评价为“好”，这表示在这个项目上他并不比大多数试验者更优秀。
这一年的夏天，静音室（由拉丁语“耳聋”一词而来） 建好了。这是一个不大的空间，非常仔细地保持了与外界的隔绝。静音室有灯光照明，其最大特点就是安静，与外界的视觉联系也被阻隔了。尽管在航天飞船中并不会出现相似的情况，但静音室使人们能够监测受试人员对感觉缺失的耐受性和在幽闭环境下的稳定性。在静音室，人类会增加自我控制的能力——需要学会自己计算时间，并在给定的时间段内睡觉或醒来。
宇航员学员逐个进入静音室进行试验。在医生的观察下，他们要在那里连续待10天。当然他们不是坐在那里无所事事，而是按照特定的程序，完成不同的练习。与他们的联系通过指示灯来实现。受试人员需要完成心理作业，其完成过程也被严格记录下来。在研究过程中，未来宇航员们的神经、心理状态都清晰而全面地展现出来。试验让受试人员了解到，面对航天飞行中可能突然出现的各种异常环境时，他们应当怎样响应。
静音室中的特殊仪器记录下了受试人员各个器官的物理功能：脑部、肌肉的电势、皮肤的电击反应、呼吸的频率、心电图等。室内还有各种仪器，能够通过节律、灯光、声音信号对受试人员施加影响，并观测他们的响应。为了对未来的宇航员进行观测，使用了特殊的电视和照相机设备。此外，服务人员和研究人员还能够通过特殊的观察窗口看到受试人员。