Obwohl der erste Testflug des Sojus Raumschiffs erhebliche Probleme offenbart hatte und beim zweiten Startversuch gar der Startkomplex zerstört worden war, setzte die Sowjetunion konsequent die Testflüge mit unbemannten Sojus 7 K-​OK Prototypen fort. So startete am 07.02.1967 von Baikonur die nächste Sojus 11A511 Rakete mit Kosmos 140, wie die offizielle Bezeichnung des Raumschiffs lautete. Die Mission begann als eine Wiederholung des unglücklichen Kosmos 133 Flugs. Zunächst geriet die Umlaufbahn wieder zu niedrig, da die Rakete unterhalb der vorgesehenen Leistungswerte blieb. Dann, während des vierten Orbits, traten erneut Probleme mit dem Lageregelungssystem auf, weil ein Sternensensor versagte. Damit ließen sich die Solarzellen nicht auf die Sonne ausrichten. Vergebliche Versuche hierzu brauchten 50% des Treibstoffvorrats auf. Während des 22. Orbits zündete das Sojus Haupttriebwerk für ein Bahnmanöver, doch wieder mißlang die Ausrichtung zur Sonne. Damit war der Treibstoff des Lageregelungssystems komplett aufgebraucht. Daraufhin wurde am 09.02.1967 die Landung eingeleitet, da die fehlende Ausrichtung zur Sonne die Ladung der Batterien über die Solarzellenflächen verhindert hatte und die Energiereserven auf ein kritisches Niveau gesunken waren. Glücklicherweise funktionierten sowohl der alternative Ionen-​Sensor zur Orientierung des Raumschiffs als auch das Reserve Triebwerkssystem. Dennoch traten beim Wiedereintritt Probleme auf, so daß Kosmos 140 erheblich steiler in die Atmosphäre eintauchte, als vorausberechnet. Ein 300 mm² Loch wurde in den Hitzeschild gebrannt und die Kapsel ging über 500 km vom Zielgebiet entfernt auf dem zugefrorenen Aralsee nieder. Als die Bergungsmannschaften schließlich eintrafen, lag die Kapsel in rund 10 m Wassertiefe. Nur mühsam konnten Taucher und Hubschrauber sie ans Ufer transportieren. Die Auswertung des Fluges ergab, daß ein Verarbeitungsfehler die Integrität des Hitzeschildes geschwächt hatte, so daß es bei der ballistischen Rückkehr zum Aufschmelzen des Schildes an einem eingelassenen Sensor kam. Eine Besatzung hätte diesen Flug nicht überlebt, neben sehr hohen g-​Werten wäre sie auch unerträglich hohen Temperaturen im Kapselinneren ausgesetzt gewesen und hätte mit der Enthermetisierung der Kabine fertigwerden müssen.
Trotz dieser gravierenden Probleme wurde nach dem Flug eine bemannter Sojus Mission angesetzt. Das ist nur im Hinblick darauf zu verstehen, daß Sojus eine wichtige Komponente des bemannten sowjetischen Mondprogramms darstellte. Da dieses im Vergleich zum amerikanischen Apollo Programm zeitlich erheblich zurücklag, mußten große Risiken eingegangen werden, wollte man die USA im Wettlauf zum Mond noch schlagen. Man ging davon aus, daß eine Besatzung einen Großteil der Probleme in der Art, wie sie bei den bisherigen Testflügen aufgetreten waren, hätte lösen können und es so gar nicht erst zu den fatalen Schäden am Raumschiff gekommen wäre. Das Problem mit dem Hitzeschild wurde dagegen radikal gelöst. Es wurde statt aus einzelnen miteinander verklebten Komponenten nun monolitisch gefertigt und Schwachstellen wurden eliminiert.