Через полтора часа после старта 18 марта 1965 года Леонов покинул шлюзовую камеру корабля и 12 минут находился в свободном полете. Официальная кинохроника рассказывала о триумфальном запуске, не упоминая нештатные ситуации, которые происходили как на орбите, так и во время посадки.
Алексей Леонов совершил два космических полета, налетав в общей сложности 7 суток 33 минуты, и первый в мире выход в открытый космос (общее время — 23 минуты 41 секунда, из них 12 минут 9 секунд — за пределами корабля).
В 1967-1970 годы Леонов возглавлял группу космонавтов, готовившихся к полету на Луну. После закрытия лунной программы проходил подготовку по программе ДОС (“Долговременная орбитальная станция”), но на первые станции “Салют” не летал.
В ходе второго полета, 15-21 июля 1975 года, как командир экипажа участвовал в первой стыковке космических кораблей разных стран — “Союз-19” (СССР) и Apollo 18 (США). Тогда на орбите состоялась встреча и историческое рукопожатие членов двух экипажей — Алексея Леонова, Валерия Кубасова, Вэнса Бранда, Томаса Стаффорда, Дональда Слейтона.
После официального выхода на пенсию сотрудничал с коммерческими организациями. Леонов рисовал картины, в частности, он был автором серии почтовых марок на космическую тему, выпущенных в 1967 году, и написал несколько книг.
Алексей Леонов будет похоронен 15 октября на мемориальном кладбище в Мытищах.