В декабре 1962 года американский зонд "Маринер-2" пролетел на расстоянии 35 тысяч километров от Венеры, имея на борту радиометр сантиметрового диапазона, магнитометр и ряд приборов для исследования заряженных частиц в космической пыли. Результаты магнитных измерений показали, что собственное магнитное поле планеты невелико (магнитный момент Венеры не "превышает 5- 10% магнитного- поля Земли). С точностью на 1,5 порядка большей, чем ранее с поверхности Земли, удалось определить отношение масс Солнца и Венеры. По данным радиометра был сделан вывод, что, радиоизлучение формируется в нижней атмосфере Венеры, а не в ионосфере, как это допускалось ранее.

В 1965 году к "прекраснейшей из звезд небесных", так назвал Венеру Гомер, ушла "Венера-2", которая провела так называемые полетные исследования. АМС пролетела па расстоянии 24 000 км от поверхности планеты. Надежно работали приборы для измерения космических лучей, магнитных полей, потоков заряженных частиц и микрометеоритов, радиопередатчики и вся система передачи результатов научных наблюдении. Расправленные крылья солнечных батарей питали приборы и аппаратуру электроэнергией. Основная техническая проблема, стоявшая перед конструкторами межпланетной станции, заключалась в обеспечении ее работы во время спуска в атмосфере Венеры в условиях огромных температур и давления, а также в период аэродинамического торможения.

Первые полеты АМС к Венере позволили выявить различия в подходе СССР и США к решению задач исследования Венеры с помощью космических аппаратов. Если специалисты США в качестве основной схемы на первом этапе выбрали схему пролета вблизи планеты, то конструкторы АМС в СССР поставили основной задачей посадку автоматических станций на поверхность планеты.

И вот наступил качественно новый этап: в 1965 году "Венера-3" впервые достигла поверхности планеты, а в 1967 году "Венера-4" впервые осуществила плавный спуск в ее атмосфере и провела непосредственные физико-химические исследования. АМС "Венера-4" несла спускаемый аппарат, который отделился перед входом автоматической станции в атмосферу. АМС сгорела в плотных слоях атмосферы, а спускаемый аппарат на парашюте плавно опустился в плотные слои атмосферы. Первый в истории человечества сеанс межпланетной радиосвязи продолжался 93 минуты. Были измерены в зависимости от высоты плотность, давление и температура атмосферы, проведен химический анализ состава атмосферы. Спускаемый аппарат был рассчитан на давление до 20 атмосфер, и передача данных прекратилась до посадки на твердую поверхность Венеры. Было установлено, что углекислый газ является основной компонентой атмосферы (не менее 95%), получены пределы содержания ряда других компонентов, однозначно установлено существование высоких давлении и температур в атмосфере планеты. На пролетном аппарате измерена водородная корона Венеры, проведены наблюдения заряженных частиц и микрометеоритов.

В 1967 г. через день после посадки "Венеры-4" мимо планеты на расстоянии 4000 км пролетел американский "Маринер-5", с помощью которого было исследовано прохождение радиосигнала через атмосферу и ионосферу (радио просвечивание) и проведены измерения водородной короны. По данным радио просвечивания были получены зависимости температуры и давления от высоты в пределах 35-90 км и концентрация электронов ионосфере.

Существование менее плотной, чем земная, водородной короны у Венеры было обнаружено измерениями на космических аппаратах "Венера-4" и "Мзринер-5". Для верхних областей Венеры характерен ряд особенностей, определяемых фотохимией С02 с возможным участием в комплексе реакций воды и галогенов, в условиях атомных и молекулярных взаимодействий и взаимодействия с солнечным ветром.

Основная цель запуска в 1969 году двух станций "Венера-5" и "Венера-6" - увеличение проникновения в атмосферу Венеры, повышение точности измерений химического состава, параметров атмосферы и соответствующих им высот. Корпус спускаемого аппарата был несколько упрочен, что позволило провести измерения подоблачной атмосферы на более низких высотах (до 19 км над поверхностью планеты).