В середине 1962 г. были подготовлены первые исходные данные на разработку технической документации и начата работа над эскизным проектом. По мере разработки чертежей, электрических схем отдельных систем и корабля в целом, инструкций по испытаниям и т. п. становилось ясным, что корабль «Союз» существенно сложнее «Востока». Сотни приборов, тысячи деталей, десятки километров кабелей. Все это следовало соединить в единое работающее целое, отработать на десятках экспериментальных установок.
Если от начала проектирования корабля «Восток» (еще беспилотного) до его первого полета прошло примерно полтора года, то сроки создания нового корабля оказались существенно длиннее. Много времени отняли, например, работы над макетированием внутренней компоновки спускаемого аппарата, разработка теплозащитного покрытия, средств его нанесения и проверки работоспособности, аэродинамические и тепловые исследования, теоретические исследования устойчивости и управления спускаемого аппарата при возвращении его в атмосферу. Работы по новой системе приземления потребовали создания специальных макетов спускаемого аппарата, сбрасываемых с самолета, и большого количества натурных экспериментов. Пришлось создать новую двигательную установку, систему управляющих двигателей, новые агрегаты для систем терморегулирования, обеспечения жизнедеятельности и т. п.
Принципиальные трудности возникли не только при разработке системы определения параметров относительного движения двух космических аппаратов (при сближении), системы управления этим процессом, но и при создании средств контроля таких систем на Земле до полета. Такие средства создаются для всех бортовых систем и агрегатов, поскольку без контрольной проверки в автономной схеме и на собранном корабле ни один прибор, ни одна система не может быть допущена в полет. Сложность проверки системы измерения параметров относительного движения на Земле связана с тем, что нужно было при проверке системы имитировать движение двух кораблей относительно друг друга и проверять ее работу при различной взаимной ориентации кораблей. Причем проверять не только функционирование системы, но и точность измерений дальности, скорости, углов и т. п.
Все эти работы заняли несколько лет, и первый пилотируемый полет состоялся только в апреле 1967 г. Он закончился трагически: при посадке погиб пилот корабля — космонавт В. М. Комаров. Причиной этой аварии явилось нарушение в работе парашютной системы приземления. Нерасчетный режим работы парашютной системы проявился именно в этом полете, хотя полету первого корабля «Союз-1» предшествовали успешные самолетные испытания системы приземления и беспилотные полеты.
