Полёт проходил на корабле «Спутник-5».

Старт состоялся 19 августа1960 года, полёт продолжался более 25 часов, за это время корабль совершил 17 полных витков вокруг Земли.

Основной целью эксперимента по запуску второго космического корабля-спутника, названного «Спутник-5» (пятый космический аппарат серии «Спутник»), было:

- исследование влияния факторов космического полёта на организм животных и других биологических объектов (перегрузка, длительная невесомость, переход от перегрузок к невесомости и обратно),

- изучение действия космической радиации на животные и растительные организмы, на состояние их жизнедеятельности и наследственность,

- отработка систем, обеспечивающих жизнедеятельность человека, безопасность полёта и благополучное возвращение на Землю.

Также было проведено несколько медико-биологических экспериментов и научных исследований космического пространства.

Белка и Стрелка являлись дублёрами собак Чайки и Лисички, которые погибли в катастрофе такого же корабля при неудачном старте 28 июля1960 года.

На 19-й секунде полёта у ракеты-носителя разрушился боковой блок первой ступени, в результате чего она упала и взорвалась.

После полёта не вернувшейся на Землю собаки Лайки в 1957 году Сергеем Павловичем Королёвым была поставлена задача - подготовить собак для суточного орбитального полёта с возможностью возвращения обратно в спускаемом аппарате.

Для эксперимента были отобраны 12 собак.

Первоначальный отбор вёлся по специальной методике - собаки должны были весить не более 6 килограммов и высотой до 35 сантиметров, возраст - от двух до шести лет.

Отбирались только самки, потому что для них проще было разработать ассенизационное устройство (туалет).

Кроме того, окраска должна быть светлой, для лучшего наблюдения с экранов мониторов.

Собаки должны были выглядеть привлекательно на случай, если их будут представлять СМИ.

Основная часть подготовки собак к полёту проходила на производственной базе Института медико-биологических проблем в Москве.

Несколько месяцев претендентов приучали к длительному пребыванию в кабинах малого объёма в условиях длительной изоляции и шума.

Собаки привыкали к приёму специальной пищи из автоматов кормления, ношению одежды и датчиков, и к туалету.

Самым сложным было приучение животных к малому объёму и замкнутому пространству.

Для этого их помещали в металлический ящик, соответствовавший размерами контейнеру спускаемого аппарата, а затем на длительное время размещали в макете космического корабля.Несмотря на то, что предполагался односуточный полёт в космос, собак тренировали на более длительный срок - до восьми суток.

В контейнерах, которые разрабатывались двухместными, они могли видеть и слышать друг друга.

Одними из наиболее приспособившихся собак-претендентов были Белка и Стрелка.

Белка - беспородная самка белого окраса - была лидером в команде, самая активная и общительная.

На тренировках показывала лучшие результаты, в числе первых подходила к миске с едой, и первая научилась лаять, если что-то происходило не так.

Стрелка - беспородная самка светлого окраса с коричневыми пятнами - была робкой и немного замкнутой, но тем не менее дружелюбной.