Пут у отворени безваздушни простор почео је у специјалној ваздушној комори (под шифрованим називом „Волга“), коју је с кабином брода повезивао отвор с херметичким поклопцем. Други отвор се налазио на горњем делу коморе. Отворивши га у 11 часова и 32 минута Алексеј Леонов је изашао из ваздушне коморе у отворени космос. С бродом га је повезивало уже од челичних каблова и електричних жица. Преко њега су до посаде у броду стизали медицински и технички подаци. Тако се остваривала и телефонска веза међу космонаутима.
Леонов је током 12 минута и девет секунди у отвореном космосу успео да изведе неколико научних експеримената. Он се пет пута удаљавао од брода на разна растојања. Спољни део његовог скафандера се загревао на сунцу до 60 степени Целзијуса и хладио се у сенци до минус 100 степени. Унутар скафандера је, међутим, била собна температура и повишен притисак који је омогућавао да организам космонаута нормално функционише.
Притисак се, међутим, опасно нашалио с њим. У космосу се скафандер јако надувао, космонаут је изгубио гипкост покрета и није могао да прође кроз отвор ваздушне коморе. Неколико пута је покушао да се углави у отвор, али без успеха. Залихе кисеоника су већ нестајале када је Леонов спустио притисак унутар скафандера до хаваријског. То је било ризично, јер да се у том моменту из његове крви још није прочистио азот (а то нико није могао са сигурношћу да зна), она би проврела и то би га усмртило.
Све се, на срећу, добро завршило: скафандер се издувао, Леонов се вратио на брод и доказао да је човек способан да борави и да ради у отвореном космосу без последица по здравље.
Није стигао на Месец, али је избегао погибију
Алексеј Леонов је био укључен у састав групе за припрему за лет на Месец, али је програм одбачен из техничких разлога. Почетком децембра 1968. године Леонов је заједно с другим космонаутима написао писмо Политбироу ЦК Комунистичке партије СССР-а, с молбом да под хитно дозволи лет. Лансирање је било чак и заказано за 9. децембар, пола године пре Американаца, али је затим отказано због неуспеха с ракетом Н-1.
Тако је на површину Месеца први крочио амерички астронаут Нил Армстронг, у јулу 1969. године. Неколико месеци касније Совјетски Савез је укинуо програме за облетање Месеца и слетање на Земљин сателит.
Леонов је 1971. године заједно с Валеријем Кубасовом и Петром Колодином требало да се упути на орбиту у броду „Сојуз 11“, али је пред сам старт медицинска комисија повукла Кубасова због здравственог стања. Након тога је повучена цела посада. Георгиј Добровољски, Владислав Волков и Виктор Пацајев који су касније полетели, погинули су током слетања уређаја.
Космичко руковање
Деценију након првог лета, 1975. године, Алексеј Леонов се поново нашао у космосу, овога пута као командант „Сојуза 19“. Он, Валериј Кубасов и амерички астронаут с „Апола“ успели су да изведу нешто невероватно — да у космосу споје два брода с неусклађеним системима за заштиту.
На „Сојузу“ је креирана атмосфера која је по саставу и притиску била слична земаљској, док су на „Аполу“ астронаути удисали чисти кисеоник под сниженим притиском. Због тога је директан прелазак с брода на брод био немогућ — код људи би то изазвало декомпресиону болест, која подразумева издвајање гасова растворених у крви и ткивима организма у виду мехурића. Они разарају зидове крвних судова, крвоток се блокира, човек се паралише и умире.
Решење је пронађено у прелазном одељку за пристајање. Он је изведен у орбиту с „Апола“ и омогућио је космонаутима и астронаутима да прелазе с брода на брод, на којима су притисак и количина кисеоника били изједначени максимално колико је било могуће.
„Аполо“ и „Сојуз“ су се спојили након 48 сати, 17. јула 1975. године, а Алексеј Леонов и Томас Стафорд су се руковали у прелазном одељку. Затим су две посаде четири пута прешле с једног на други брод. Леонов и Кубасов су се вратили на Земљу 21. јула.
Експерименти које су извели на орбити, а пре свега сâм процес спајања два потпуно различита свемирска брода, показали су да у орбити може да функционише велика космичка станица на којој би радили стручњаци из целог света. У новембру 1998. године таква станица је постала реалност, а механизми за спајање који се користе за космичке бродове разних земаља с модулима Међународне свемирске станице, делимично понављају оно што је испробано током мисије „Сојуз-Аполон“.
У мају 2019. године чланови посаде Међународне свемирске станице који су изашли у отворени космос, прикачили су за своје скафандере натписе „Леонов бр. 1“ и „Срећан рођендан, Алексеју Архиповичу“. На станици је био приказан портрет чувеног космонаута. Без Леонова, који је умро 11. октобра 2019. у 86. години, не би било ни радова у отвореном безваздушном простору, који се данас сматрају обавезним приликом експедиција на Међународној свемирској станици. А не би било ни саме Међународне свемирске станице.
