Следующей станцией, сумевшей вырваться из оков земного притяжения и отправиться в дальний путь к соседней планете, была советская автоматическая межпланетная станция второго поколения серии М-62. «Марс-1» — первый в истории космический аппарат, выведенный на траекторию полёта к Марсу, предназначался для проведения научных исследований, а также фотографирования поверхности Марса с пролётной траектории и передачи информации о межпланетном пространстве и о пространстве около Марса. Изначально запуск был запланирован на срок до 29 октября 1962 года, но в т. н. «Чёрную субботу» 27 октября на пике Карибского кризиса на подготовленный для 9К78 с 2МВ-4 № 4 «Гагаринский старт» (равно как и на площадку № 31) была установлена дежурная боевая МБР Р-7А с 3-мегатонной термоядерной боевой частью. В итоге запуск состоялся 1 ноября с космодрома Байконур при помощи 4-ступенчатой ракеты-носителя среднего класса «Молния».
Последняя четвертая ступень ракеты-носителя с космическим аппаратом была выведена на промежуточную орбиту искусственного спутника Земли и затем при повторном включении ракетного двигателя обеспечила старт и необходимое приращение скорости для полёта к Марсу. «Марс-1» успешно вышел на межпланетную траекторию, однако в одном из клапанов микродвигателей системы ориентации обнаружилась течь. Утечка газа приводила к отказу системы ориентации и потере аппарата. В связи с этим руководители полёта решили перевести АМС в режим стабилизации вращением, который обеспечил постоянное освещение солнечных панелей, но оставлял нерабочей остронаправленную параболическую антенну.
Связь со станцией по дециметровой радиолинии проводилась через малонаправленную антенну в моменты наилучшей радиовидимости станции. За время полёта космического аппарата «Марс-1» по межпланетной траектории с ним был проведён 61 сеанс радиосвязи. При этом был получен большой объём телеметрической информации, а на его борт передано более 3000 команд.
На дистанции 106 млн км от Земли 21 марта 1963 года состоялся последний сеанс связи с аппаратом. Затем связь была потеряна, но по тем временам это был рекорд дальности космической связи.
Исходя из расчёта движения станции по данным траекторных измерений, можно предполагать, что 19 июня 1963 года «Марс-1» осуществил неуправляемый пролёт на расстоянии около 193 тыс. км от Марса и продолжил полёт вокруг Солнца.
