Стартовавший 2 марта 1968 г. «Зонд-4» вышел на гелиоцентрическую орбиту. 18 сентября 1968 г. «Зонд-5» осуществил облет Луны при минимальном расстоянии от ее поверхности 1950 км и провел фотографирование Земли с расстояния 90 тыс. км. При подлете к Земле проведена коррекция траектории, обеспечившая попадание корабля в коридор входа. 21 сентября спускаемый аппарат вошел в атмосферу Земли и совершил спуск по баллистической траектории, приводнившись в Индийском океане. В этом полете впервые в мире космический летательный аппарат после облета Луны при возвращении на Землю вошел в атмосферу со второй космической скоростью. На «Зонде-5» облет Луны с возвращением на Землю впервые совершили живые существа — черепахи.