Nach der erfolgreichen Landung von Luna 9 auf dem Mond hoffte die Sowjetunion auf eine ebenso erfolgreiche Fortsetzung des Programms. Doch die nächste Mission, diesmal mit einem Mondorbiter, scheiterte bereits kurze Zeit nach dem Start. Zwar brachte die Trägerrakete, eine Molnija-​M 8K78 M mit Block-​L am 01.03.1966 die Fluchtstufe mit der Raumsonde ohne Probleme auf eine Parkbahn um die Erde. Doch während des anschließenden antriebslosen Fluges blockierte ein Regler des Kurskontrollsystems in der Nullstellung. Block-​L mit der angekoppelten Sonde vom Typ E-​6 S verlor damit die Rollkontrolle. Eine Zündung des Triebwerks fand unter diesen Umständen gar nicht erst statt. Die Mission erhielt die Bezeichnung Kosmos 111 und wurde als wissenschaftliche Forschungsmission deklariert. Bereits nach knapp zwei Tagen trat das Gespann wieder in die Atmosphäre ein und verglühte.