В 1965—1967 годах Гагарин учился на командира нового космического корабля «Союз». В сентябре 1966 года он был приписан к группе, которая готовилась к высадке на Луну, а в январе 1967-го — к группе, сформированной для беспосадочного пилотируемого облёта Луны. Гагарин даже предлагал доставить на Луну капсулу с прахом Королёва, который умер в начале 1966 года.
Если бы советская космическая программа развивалась штатно, то Юрий на лунном варианте «Союза» вполне мог опередить американский «Аполлон-8», облетев Луну в середине 1968 года. А ещё через пару лет Гагарин мог бы стать и первым человеком, побывавшим на Луне. Однако история распорядилась иначе...
23 апреля 1967 года стартовал корабль «Союз-1» с опытным космонавтом Владимиром Комаровым на борту. Его дублёром был назначен Гагарин, который принимал участие в подготовке старта. На орбите у Комарова сразу начались технические проблемы. Лётчик не смог совладать с кораблём, и ему приказали возвращаться. При снижении в атмосфере парашюты спускаемого аппарата не раскрылись, и космонавт погиб от чудовищного удара о землю.
Катастрофа не только заставила пересмотреть всю космическую программу, но и сделала будущие полёты Гагарина невозможными. Командование не желало рисковать человеком, который стал живым символом эпохи. Гагарину пришлось отказаться от дальнейшей подготовки и вернуться в авиацию.
В 1968 году Юрий должен был получить звание генерал-майора и возглавить Центр подготовки космонавтов, но его жизнь внезапно прервалась. 27 марта МиГ-15УТИ, на котором Гагарин выполнял тренировочное задание под руководством инструктора Владимира Серёгина, разбился у посёлка Новосёлово, под городом Киржач Владимирской области.
Причины катастрофы до сих пор засекречены, что порождает слухи и теории заговора. Достоверно известно одно: космонавт и его инструктор до последнего мига были в сознании и пытались вывести машину из смертельного пике. В 2013 году Алексей Леонов предположил, что самолёт Гагарина попал в вихревой след пролетавшего мимо истребителя Су-15 и вроде бы даже лётчик, ставший причиной гибели космонавта, жив до сих пор. Так или иначе, но до тех пор, пока не будет рассекречен отчёт Правительственной комиссии, даже самые убедительные версии гибели Юрия Гагарина остаются гипотезами.