Der Flug von Kosmos 146 gehört auch heute noch zu den geheimnisumwittertsten Missionen der sowjetischen Raumfahrtgeschichte. Selbst sowjetisch-​russische Quellen geben unterschiedliche Verläufe der Mission an. Fest steht jedenfalls, daß es sich um den ersten Test des Sojus Raumschiffs in der Variante Sond für den bemannten Mondflug handelte. Zum Start des vereinfachten Prototypen Sojus 7 K-​L1P bzw. Erzeugnis 11F91/P kam erstmals die neue vierstufige Version der Proton Rakete zum Einsatz, die Proton-​K 8K82 K mit Block-​D 11S824  Beschleunigungsstufe. Die Vorbereitungen für den Test hatten bereits im November 1966 begonnen, doch erst im März 1967 erfolgte die Freigabe zum Start. Hunderte von Normabweichungen wurden bei der Startvorbereitung entdeckt und mußten mühsam nachgearbeitet werden. Schließlich erfolgte der Start am 10.03.1967 von Baikonur. Planmäßig erreichte Kosmos 146 mit der angekoppelten Block-​D Raketenstufe einen Parkorbit um die Erde. Irgendwann zwischen dem 10. und 22. Orbit gab es ein bedeutendes Ereignis im Missionsverlauf. Mehrere neue Objekte konnten in der Umlaufbahn ausgemacht werden, die zum Teil auch Funksignale aussendeten. Offensichtlich war die Wiederzündung der Beschleunigungsstufe erfolgt. Nach einem Tagebucheintrag des verantwortlichen Generals der Raketentruppen, Nikolai P. Kamanin, erreichte Kosmos 146 die zweite kosmische Geschwindigkeit. Andere Quellen gehen von einer hochelliptischen Bahn aus. Fest steht, daß sich der Mond zum Startzeitpunkt nicht in einer geeigneten Position für eine Mondmission befand. Bahndaten von Kosmos 146 nach der zweiten Zündung von Block-​D gibt es auch nicht, der weitere Verlauf der Mission liegt im Dunkeln. Das nährt Gerüchte, wonach die Zündung des Triebwerks zwar gelang, jedoch in Richtung Erde. Auch hier gibt es zwei Interpretationen. Eine geht davon aus, daß es sich hierbei um einen Fehler bei der Ausrichtung des Raumschiffs gehandelt habe. Die andere Annahme ist, daß ein Hochgeschwindigkeits-​Wiedereintritt unter den Bedingungen einer Rückkehr vom Mond simuliert werden sollte. Nach dieser These erfolgte die Rückkehr der Kapsel aus einem hochelliptischen Orbit auch erst am 18.03.1967. Für eine Bergung der Kapsel gibt es keine Anzeichen, was sehr wahrscheinlich daran liegt, daß sie gar nicht geplant war. Denn wie schon die Erzeugnisnummer 11F91/P ausdrückte (das „P“ steht für russ. простой, svw. wie „einfach“), handelte es sich um einen nur teilweise ausgerüsteten Prototypen. Kosmos 146 verfügte also mit hoher Wahrscheinlichkeit über gar keinen Hitzschild. Der weitere Verlauf des L1 Erprobungsprogramms deutet darauf hin, daß dieser erste Testflug entgegen mancher Einschätzung ein weitgehender Erfolg war. Russische Quellen erwähnen lediglich Probleme mit der Funkbake RDM-​3  und dem Thermo-​Regulierungssystem.