Корабль удалось вывести на околоземную орбиту. Он был оснащен медико-биологической аппаратурой, фиксировавшей изменения, которые происходили в организмах собак на протяжении всего полета.

20 августа 1960 года спускаемый аппарат с животными на борту благополучно приземлился в заданном районе. Космический полет собак продолжался более 25 часов. За это время корабль-спутник совершил 17 полных витков вокруг Земли. Благодаря этому эксперименту ученые получили ценные данные, сделавшие возможным полет в космос человека. Собаки Белка и Стрелка — первые живые существа, благополучно вернувшиеся на Землю после орбитального полёта (ранее — 28 мая 1959 года — кратковременный суборбитальный космический полёт совершили шимпанзе Эйбл и Бейкер, отправленные с мыса Канаверал). Через несколько месяцев у Стрелки родились шесть здоровых щенков. Одного щенка по имени Пушок попросил Н. С. Хрущёв. Он отправил его в подарок Каролин Кеннеди, дочери президента США Джона Кеннеди. В настоящее время чучела животных находятся в московском Мемориальном музее космонавтики. Полет собак Белки и Стрелки проложил дорогу в космос первому космонавту Юрию Гагарину. Они - первые живые существа, которые слетали в космос, провели там почти сутки и вернулись на Землю живыми и невредимыми. На долю Белки и Стрелки выпало испытание космического корабля, на котором потом полетел в космос первый человек. Эксперимент ставил перед собой основную цель - исследовать воздействия космического излучения на живые организмы. Также в ходе полета была исследована эффективность различных систем жизнеобеспечения. Были проверены разные системы питания, водоснабжения, ассенизации и регенерации отходов. Прежде чем отправить на орбиту космический корабль с человеком, необходимо было проверить это на животных. Была испытана катапульта и многочасовое нахождение в невесомости, и разрешен главный вопрос: отправить человека в космос на космическом корабле и вернуть его назад невредимым – это реально. Корабль был оснащен медико-биологической аппаратурой, фиксирующей изменения, происходящие в организмах собак в различные моменты жизни в космосе на протяжении всего полета. Для полета в космос Белку и Стрелку одели в специально пошитые для этой цели костюмы красного и зеленого цветов.