Setahun kemudian, keluarga Gagarin pindah ke Gzhatsk demi kehidupan yang lebih baik.
Gagarin juga berkesempatan melanjutkan pendidikannya di kota itu.
Kemudian pada tahun 1951, ia merampungan sekolah di dekat Moskwa dan melanjutkan ke kampus perindustrian di Saratov sambil mengambil kursus penerbangan selama akhir pekan.
Usai merampungkan kursus penerbangan, Yuri bergabung dengan sekolah kadet Angkatan Udara Soviet di Orenburg dan lulus pada 1957.
Selama di sekolah penerbangan, Yuri berkesempatan untuk menerbangan pesawat tempur MiG-15 yang dikembangkan Mikoyan-Gurevich untuk Uni Soviet.
Lulus dari akademi angkatan udara, Yuri ditugaskan di pangkalan udara Luostari di Murmansk Oblast, yang berdekatan dengan perbatasan Norwegia. Wilayah ini dikenal memiliki cuaca buruk yang berbahaya bagi penerbangan.
Karier militer Yuri di angkatan udara berjalan mulus dengan diangkat menjadi letnan pada November 1957 dan letnan senior pada November 1959.
Pada 1960, Yuri Gagarin terpilih menjadi satu dari 20 pilot angkatan udara yang direkomendasikan untuk masuk dalam program luar angkasa Soviet, setelah melalui proses seleksi yang luas dan ketat.