Вхождение в плотные слои атмосферы при возвращении на Землю, самая опасная фаза полета, представляло еще одну сложную задачу. При включении ракет торможения «Восток» замедлил свое движение и начал затем опускаться к верхним слоям атмосферы. Вскоре после того, как наступил этот критический момент, Титов услышал неожиданный шум, который указывал на то, что два отсека космического корабля отделились по графику Но он встревожился, когда услышал непрекращающийся стук — сигнал, указывающий на то, что отделяемый приборный отсек все еще не отделился. Оба модуля вошли в атмосферу вместе, затем приборный отсек в конце концов сгорел. Титову без труда удалось провести операцию по возвращению, несмотря на первоначальную вибрацию, которая началась при все еще не отделившемся приборном отсеке. Космонавт благополучно опустился на парашюте на землю около 10 часов утра 7 августа. Он приземлился неподалеку от маленькой деревушки Красный Кут под Саратовом.
Титов летал по орбите вокруг Земли в течение целых суток плюс один час и 11 минут — выдающийся рекорд по длительности пребывания в космосе для того времени. Последующее освещение полета в новостях не включало подробности о его плохом самочувствии, а подчеркивало огромную ценность его достижения. В течение 1961 года Гагарин и Титов — два героя советской космической программы — совершили мировое турне. К концу 1961 года превосходство Советского Союза в космосе стало общепризнанным.