1957年11月3日,在拜科努爾發射場,R-7火箭搭載著斯普特尼克2號發射升空。在整個發射過程中,萊卡都承受著巨大的痛苦,發射之前,她的心跳是每分鐘103下,加速段的前期心跳增加到每分鐘240下,而當加速度達到最大值時,呼吸頻率更是達到了發射之前的3~4倍。然而這還不是對萊卡最大的考驗,當進入軌道後,斯普特尼克2號的鼻錐成功脫離;可萬萬沒想到,火箭芯級未能分離,結果就是熱控系統無法工作,艙內溫度升高到40℃。在失重3小時後,萊卡的心跳才恢復正常,這相對於她在地面的訓練而言,已經長了3倍的時間。初期的遙測數據顯示,萊卡雖然焦躁不安,但依然還能進食,但是在5~7小時之後,萊卡徹底地失去了生命跡象。