Nach einer Serie von Fehlschlägen gelang der Sowjetunion am 02.04.1964 endlich der Start einer Raumsonde zur Venus. Die Molnija 8K78  Rakete erreichte die vorgesehene Parkbahn um die Erde und auch die Wiederzündung der Viertstufe gelang ohne Probleme. Der Sondentyp 3 MV-​1 verfügte über eine Reihe von Verbesserungen gegenüber den ersten Venera Sonden. Und er war wesentlich komplexer. So komplex, daß Sergej P. Koroljow vor den ersten Einsätzen des neuen Modells eigentlich mehrere technologische Testflüge geplant hatte. Doch schon diese Sonden wurden nur mit großer Verspätung sichergestellt und konnten so die ihnen eigentlich zugedachte Rolle nicht mehr erfüllen. Abgesehen davon scheiterten die Starts letztlich an der unzuverlässigen Trägerrakete. Damit ging man doch mit einem unerprobten Sondentyp an den Start, als sich im März 1964 das Venus Startfenster öffnete. Der erste Start des vorbereiteten Sondenpaares scheiterte am 27.03.1964. Doch nun hatte man tatsächlich eine Sonde auf eine Bahn gebracht, die „der berechneten sehr nahe kam“. Im weiteren Verlauf des Fluges erfolgten zunächst noch zwei Kurskorrekturen, die erste am 03.04.1964 und eine zweite am 14.05.1964 in 13 Mio. km Abstand zur Erde. Obwohl die Sowjetunion keine Angaben zum Ziel der Mission machte, wurde doch immerhin die Telemetriefrequenz des schlicht als Sond bezeichneten Objekts bekanntgegegeben. Daher konnte die britische Bodenstation Jodrell Banks den Flug verfolgen und auch die Venus als Ziel der Mission bestimmen. Die Zurückhaltung der Sowjetunion lag wohl darin begründet, daß man gleich mehrere ernste Probleme mit der Sonde hatte und klar war, daß sie ihr Ziel nicht funktionstüchtig erreichen würde. Vermutlich wegen eines gebrochenen Quarzglases über einem stellar/solar Sensor kam es zur Enthermetisierung der Satellitenzelle und dem Ausfall der meisten Bordsysteme. Eigentlich war geplant, daß die Sonde im Vorbeiflug an der Venus eine einfache Landekapsel ausstoßen und Messungen vornehmen sollte. Doch nun konnte (ähnlich wie zwei Jahre zuvor bei der NASA Mondsonde Ranger IV) lediglich noch bis zum 25.05.1964 das Signal der Landekapsel empfangen werden. Schwierigkeiten hatten auch das Orientierungssystem und das KDU-​2  Triebwerk bereitet. Bahnberechnungen ergaben, daß Sond die Venus am 19.07.1964 in etwa 110.000 km Entfernung passiert hatte. Die bescheidene wissenschaftliche Ausbeute der Mission bestand in einigen Meßdaten zur kosmschen Strahlung.