对于总设计师科罗列夫而言，这既是苏共中央交代的政治任务，也是大国竞争的需要。
所有人只记得列昂诺夫出舱行走的那一伟大瞬间，却无从得知瞬间背后生死交织的艰辛：如果在太空中旋转不停无法控制，如果宇航服膨胀堵塞舱门，如果自动导航系统出现故障，如果座舱内氧气压力和温度异常，即将爆炸，怎么办？
在太空，航天员出舱远非打开门往外迈步这么简单，除了要穿好航天服外，还要通过一个过渡舱（气闸舱），先对气闸舱进行泄压，直至舱内与舱外的压力达到一样水平，然后才能进入太空。塞弗林是负责太空行走设备的设计师，他提出了一个可伸缩的气闸舱方案，看起来既简单又巧妙。
1965年2月之后，苏联对新的飞船系统进行了发射试验，令他们沮丧的是，这次带气闸舱的无人试验飞船在返回时提前启动了自爆程序，飞船连同许多关乎航天员生命的珍贵数据一起粉身碎骨。随后进行的另一场飞船试验，结果仍然令人失望，飞船甚至都没有到达预定轨道就中途爆炸了。“联盟号”新式飞船还在初步研制中，如果按部就班等待它的完成，必须得等上六到八个月。但根据情报，美国人很快就要实施太空行走。塞弗林只好孤注一掷，向苏共中央提出了及早发射“上升2号”的建议，并很快获得了批准，时间就在一个月后。
这次被选定执行任务的航天员有两名，一名是指令长帕维尔·别利亚耶夫，另一名就是驾驶员列昂诺夫。
1965年3月17日，“上升2号”发射升空的前一天深夜，总设计师科罗列夫来到“上升2号”成员组驻地进行最后一次谈话。这次夜访既是为了鼓励大家要有信心，也是提醒大家要做好迎接一切困难的准备。
科罗列夫觉得有必要将实情告诉两个小伙子：“发射场所有人都清楚，我们这几次飞行试验都遭遇了失败，但我们到现在还不知道原因是什么。你们也一定知道了，美国人正在加紧试验，他们的航天员很快就要走出飞船，企图抢在我们前面进入太空，所以我们现在决定上天是一种巨大的冒险。”
在科罗列夫眼中，列昂诺夫是一个乐观积极的年轻人。他还记得第一次与他见面时，他开玩笑地抱怨：“闲得太久了，在部队时，天天飞行，可这儿呢？一个星期一次，好像给小孩发糖果。”
此时的列昂诺夫也神情凝重：“我们状态良好，为了这次飞行，我们进行了所有必要的训练，包括心理准备。”
他当然知道这一切意味着什么。但他同样很清楚——美国已经准备就绪，哪怕只是把手伸到飞船外面晃一晃，也将被宣传为人类首次进入太空行走。
科罗列夫即将年满60岁，他还不知道自己会在几个月后因病离开人世。他这时语气坚定地说道：“我今天是作为一个父辈在和你们说话，但我非常清楚自己在干什么。作为一名工程师，我也十分明白，世界上根本不存在百分之百的成功把握，但是我确信，我们一定能够获得成功。”
列昂诺夫在宇宙飞船舱内起飞前，他再一次对列昂诺夫叮咛道：“我们没有任何资料，也没有任何经验，一切都要靠你们自己。一定要随机应变，千万别当冒失鬼。走出飞船就向我们挥挥手，然后立刻回来。”
1965年3月18日上午，“上升2号”飞船从戈壁深处的发射场升空。刚一起飞，飞船就遇到了麻烦，本来应该进入距地球300千米的预定轨道，运载火箭却过分卖力，实际高度达到了500千米。
当“上升2号”飞越里海上空时，气闸舱的圆形舱盖开始移动并逐渐开启。接着，身穿航天服的列昂诺夫先从舱口伸出了他戴着头盔的脑袋和肩膀，然后是整个身体。31岁的列昂诺夫向世人挥手致意，成为世界上第一个在茫茫太空漫步的人。
按照原定计划，飞船围绕轨道飞行第一圈时，列昂诺夫就开始进行出舱准备。他身上系了一根与飞船相连的绳链，长535米，内有一根电话线，像一条脐带，目的是保持与飞船的联络及安全，防止航天员飘离飞船。
到第2圈，列昂诺夫在确认座舱密封完好后，才打开了向内开的舱门。此前一直处于压缩状态的气闸舱就像手风琴的风箱，渐渐张开、伸展。别利亚耶夫对列昂诺夫挥手致意，说了句“祝你好运”。
事后，列昂诺夫回忆说：“你不知道自己面对的将是什么，心情非常紧张。说是出舱行走，但当时不是抬腿走出去的。我轻轻地推了一下舱盖，整个身体‘呼’的一下就弹出去了，完全不由自主，就像一个水瓶上的软木塞一样冲出了舱口。”
生命之门成了鬼门关
出舱后，列昂诺夫在太空除了漂浮就是翻筋斗，他尽力尝试做点别的，摘下可移动的相机，又移动了几件舱外的物体，然后准备返回舱内。
就在这个时候出现了麻烦。
一开始，列昂诺夫每次把相机放进气闸舱时，它都会立即被气闸室中的微小气压冲出来，飘出舱外。折腾了半天，他硬把相机推进通道，先把一只脚伸进气闸室，然后将相机的背带放在脚下踩住，这才将它放入，可身子却被卡在了舱门口，怎么也回不来。
这是非常可怕的一幕。地面指挥中心的工作人员听着无线电波传出的叫喊声，万分焦急。此时，留在座舱里的别利亚耶夫眼看列昂诺夫处境危险，也只能是干着急，帮不上忙。
生命之门成了鬼门关。几番挣扎之后，列昂诺夫已经筋疲力尽。他意识到，他可能再也回不到飞船内了。
列昂诺夫气喘吁吁，决定冒险一搏。他开始尝试减少太空服的压力，试了一次，不行，又试了一次，还是不行。一次次徒劳无益的尝试，使得他几乎完全丧失了生还的信心。
他决定采取最后一次自救，将压力减小到允许的极限值以下，这次航天服终于瘪了下来，缩小了体积。快要虚脱的列昂诺夫终于回到了飞船内。
列昂诺夫在太空行走了12分零9秒，但为了挤进舱门他又拼力花了12分钟。为此，他的体重减少了数千克，靴子里积聚了大约6升汗水。
不过，更加惊心动魄的险情还在后面。
归途遇险
就在他们准备结束这次历时26小时2分钟的飞行，掉头向地球返航时，座舱内的氧气压力发生了异常，温度急剧升高。此时，按照正常程序，他们必须迅速降低温度和湿度，以防飞船发生爆炸。但是，两位航天员的所有操作都没有产生作用，他们再度陷入绝望。
也不知道什么时候，别利亚耶夫和列昂诺夫被一种类似爆炸的声音惊醒了过来。两人的第一反应，都以为飞船正在发生爆炸，为国牺牲的时刻终于到来了。
不过，令他们诧异的是，飞船里并没有任何爆炸燃烧的迹象。再一细加观察，令他们惊喜万分的是，舱内的氧气压力竟然在慢慢下降，最后竟逐渐恢复正常了。
别利亚耶夫和列昂诺夫稍稍松了口气，开始踏上归途。但他们惊魂未定，又发现新的危险扑面而来——飞船自动导航定位系统也发生了故障。
还好，这种情况在飞船升空前就已经预想到了，他们决定冒险采用手动方式着陆。不料，在手动操作中也出现了失误，“上升2号”呼啸而下，偏离预定落点3200千米，最后降落到了大雪覆盖的原始森林深处。好在茂密的树梢和厚达两米的积雪起到了一定的缓冲作用，两位航天员安然无恙。
舱外这时正下着暴风雪，狼群在四周不时地嚎叫。两位航天员艰难地爬出舱门，按照以往野外生存训练中的程序，架好天线，发出呼救信号。
他们偏离得太远了，以致指挥中心和他们失去了联系，迟迟没有回应。双方都非常焦急。本来苏联3月份的天气就很冷，天黑之后，森林里的气温越来越低，本可以御寒的降落伞在落地时挂在了树梢上，本能提供一个遮风避雪之处的飞船，人却不能进去，因为舱内的制冷空调一直在工作，他们费了半天劲也无法关上。
列昂诺夫尤其惨，由于他在太空行走时出了太多的汗，多达6升的汗水全留在航天服内，着陆后，他只好冒着零下20多摄氏度的严寒，脱下航天服，再脱掉内衣，光着身子把衣服拧干。
第二天，搜救人员终于从空中发现了他们。由于是在原始森林之中，搜救直升机无法降落，只好先给他们空投了一些食品和防寒服。
漫天呼啸的暴风把这些东西几乎全给吹散了，所幸他们还拣到了几根香肠，外加一只皮鞋，在严寒中又艰难地度过了一个夜晚。第三天，别利亚耶夫和列昂诺夫脚蹬滑雪板，走出森林，赶到了9千米外的临时停机坪。
晚年生活
列昂诺夫1991年退休至今，在俄罗斯一直是一个受人爱戴的人物。他乘坐轿车穿过莫斯科的街道时，两旁的警察会根据特殊车牌号认出他，并向他行礼致敬。列昂诺夫的车牌号是0011，代表他是苏联历史上第11位进入太空的航天员。
列昂诺夫晚年还十分关注全球变暖问题，他说：“我看到从太空拍摄的地球照片，沙漠面积在不断扩大，森林却逐渐减少。”
鲜为人知的是，列昂诺夫还是一名很有造诣的画家，曾发表了一系列作品。他曾把画笔和画纸带到太空，在太空画地球，给“阿波罗—联盟号”任务中的航天员们画像，称得上是第一位进入太空的画家。
知识点舱外航天服
舱外航天服实际上是最小的载人航天器，是航天员走出航天器到舱外作业时必须穿戴的防护装备。舱外航天服大约重275磅，除了具有舱内航天服所有的功能外，还增加了防辐射、隔热、防微陨石、防紫外线等功能，在服装内增加了液冷系统（液冷服），以保持人体的热平衡，并配有背包式生命保障系统。舱外航天服主要由外套、气密限制层、液冷通风服、头盔、手套、靴子和背包装置等组成，是一种多层次、多功能的个人防护装备。