dalsze badania wpływu środowiska przestrzeni kosmicznej i stanu nieważkości na organizm ludzki,
przeprowadzenie eksperymentów biomedycznych w warunkach przedłużonego lotu kosmicznego,
obserwacja i usprawnianie układów statku kosmicznego.
Lot Tierieszkowej był także jawnie propagandowy. Miszyn powiedział, że Chruszczow w jednym ze swoich przemówień pochwalił się, że lot Walentiny „pokazał całemu światu równouprawnienie kobiet i mężczyzn w naszym kraju”. Miało to wydźwięk wyjątkowo ironiczny, gdyż, według słów Miszyna: „Mało brakowało, by u Tierieszkowej doszło do poważnego załamania nerwowego. A zatem wręcz przeciwnie, jej lot powinien pogrążyć Chruszczowa”[3].
Lot Wostoka 6 odbył się równocześnie z Wostokiem 5. Minimalna odległość między nimi w przestrzeni kosmicznej wynosiła 6 km. Przez trzy dni załogi obu statków utrzymywały łączność radiową między statkami i Ziemią oraz przekazywano obrazy telewizyjne na Ziemię[1].
Po wykonaniu 48 okrążeń Ziemi i przebyciu około dwóch milionów kilometrów, kapsuła powrotna powróciła do atmosfery i wylądowała na terenie kołchozu Pawiński, w pobliżu wsi Bajewo, 620 km na północny wschód od Karagandy[1] (53°16′N80°27′E/53,26666780,450000). Tak jak w poprzednich misjach Wostok, moduł serwisowy nie do końca odczepił się od kapsuły powrotnej, a Tierieszkowa katapultowała się i lądowała osobno, na spadochronie. Z powodu silnego wiatru, kosmonautka o mało co nie wpadła do jeziora, i mając kłopoty z wypięciem się ze spadochronu, stłukła sobie nos.
Przez wiele lat o przebiegu lotu Tierieszkowej krążyło wiele plotek mówiących o chorobie lokomocyjnej, menstruacji, a nawet o płaczu i wybuchu histerii kosmonautki (którą miała uspokoić rozmowa z Siergiejem Korolowem), co miałoby wyjaśnić wielogodzinną przerwę w łączności między statkiem a Ziemią. Jednak zapisy lotu i sprawozdania świadków, zarówno sprzed jak i po rozpadzie Związku Radzieckiego, mówią, że wypełniła ona cały plan lotu.
W 2004 roku ujawniono, że w programie deorbitacji Wostoka 6 wystąpił błąd. Statek zamiast obniżać orbitę, podwyższał ją. Tierieszkowa zauważyła błąd pierwszego dnia lotu i powiadomiła o nim Korolowa. Błąd szybko usunęła kosmonautka wprowadzając nowe dane przekazane z Ziemi. Na prośbę Korolowa, Tierieszkowa nigdy nie wspominała o tym błędzie.
