W 1962 zgłosił swoją kandydaturę do oddziału kosmonautów. Pomyślnie przeszedł badania w Centralnym Wojskowym Naukowo-Badawczym Szpitalu Lotnictwa (ЦВНИАГ) i otrzymał skierowanie do Centralnej Lotniczej Komisji Lekarskiej (ЦВЛК), gdzie przeszedł kolejne kwalifikacje. 10 stycznia 1963 został członkiem drugiej grupy kosmonautów radzieckich. Przez kolejne dwa lata przechodził ogólne trening dla kosmonautów (ОКП).
13 stycznia 1965 zdał końcowe egzaminy i został skierowany do grupy kosmonautów szkolących się do lotów w ramach wojskowego programu kosmicznego. Przechodził szkolenie w ramach programu Woschod, gdzie wspólnie w Piotrem Kołodinem opracowywał czynności kosmonauty podczas wychodzenia w otwarta przestrzeń kosmiczną. We wrześniu 1965 przeniesiono go do programu Sojuz. W latach 1967–1969 razem z innymi kosmonautami trenował do lotu w ramach programu UR500K-Ł1 (УР500К-Л1) – misji mającej na celu osiągnięcie orbity Księżyca.
Od 1970 do kwietnia 1971 był inżynierem-badaczem w składzie jednej z rezerwowych załóg przygotowywanych w ramach programu Salut (DOS-1). Razem z nim znaleźli się w niej również: Gieorgij Dobrowolski i Witalij Siewastjanow. W trakcie dalszego szkolenia Dobrowolskiego zastąpił Aleksiej Gubariew.