A 76 esztendős Tyereskovát 1962-ben négy másik társával együtt választották ki, hogy tagja legyen annak a csoportnak, amelyből majd kiválasztják az első női űrhajóst. Tyereskova az egyik friss interjújában kijelentette, a mai napig nem tudja, hogy miért rá esett a választás, de 1963. június 16-án a világ első női űrhajósaként indulhatott a világűrbe. A Vosztok-6 űrhajó fedélzetén 48-szor kerülte meg a Földet, majd két nap, 22 óra és 50 percig tartó űrutazás után visszatért a kozmoszból.
Dmitrij Medvegyev miniszterelnök táviratban köszöntötte Tyereskovát, aki vasárnap szűkebb hazájában, Jaroszlavlban egy űrkutatási múzeumot avatott fel. Az évfordulón az orosz állami televízió Tyereskova űrrepüléséről sugárzott dokumentumműsorokat és riportokat.
Tyereskova továbbra is az egyetlen női űrhajós, aki egyedül tett űrutazást. Az Egyesült Államok ötven nőt küldött a világűrbe, de közülük egyik sem egyedül ment az űrbe. Tyereskován kívül még két orosz női űrhajós volt: Szvetlana Szavickaja és Jelena Kondakova.