W 1967 roku był w podstawowej załodze Sojuza 2, który miał połączyć się na orbicie z wystrzelonym wcześniej statkiem kosmicznym Sojuz 1 pilotowanym przez Władimira Komarowa. Razem z nim w kosmos polecieć mieli: Walerij Bykowski oraz Aleksiej Jelisiejew. Chrunow i Jelisiejew mieli przejść w kosmosie do Sojuza 1 i wrócić w tym statku na Ziemię razem z Komarowem. 23 kwietnia 1967 roku Sojuz 1 znalazł się na orbicie. Dzień później 24 kwietnia miał nastąpić start Sojuza 2. Niestety, wkrótce po wejściu na orbitę Sojuza 1 okazało się, że liczne awarie nie pozwolą na wykonanie pełnego programu lotu i start Sojuza 2 został odwołany. 24 kwietnia podczas lądowania statku Sojuz 1 zginął pilotujący go Władimir Komarow. Po tej tragedii zmieniono konstrukcję statku Sojuz, a w lotach załogowych ówczesnego ZSRR nastąpiła blisko dwuletnia przerwa.