第二天淩晨3時，當飛船飛到第16圈末段時，開始按計劃返航。突然艙內增壓氣瓶的大氣壓下降，氧氣含量逐漸升高，如果遇到一點火星就會引起爆炸。幸運的是，沒有一台電機冒出火星，氧氣含量也慢慢降到正常值。接著，飛船又出現翻滾現象，自動控製係統發生故障，飛船無法定向，不能按原計劃返回。地麵控製中心命令飛船再繼續飛行一圈，若故障不能排除，就隻好靠手動定向係統返航。指令長不得已改用手動定向係統，使飛船停止旋轉，恢複平穩飛行，並調整到正確的軌道位置進入大氣層。列昂諾夫透過舷窗，看到艙外塗層被高溫熔化閃出的亮光。3月19日12時02分，飛船返回艙降落在烏拉爾山東北的原始森林一片積雪之中，由於手控操縱不甚精確，著陸地點偏離預定地點1300千米。他們隻得在冰天雪地裏燃起篝火度過了難熬的一夜，又凍又餓，但未發生意外危險，3月20日才被救援直升機找到。列昂諾夫因這次太空曆險飛行而被授予蘇聯英雄稱號，並永遠載人航天史冊。
10年之後，列昂諾夫還參加過一次被稱為“太空握手”的美、蘇兩艘飛船的聯袂飛行。1975年7月15日格林威治時間12時20分，蘇聯的“聯盟”19號飛船升空，載有2名航天員瓦列裏·庫巴索夫和列昂諾夫。7個牛小時後，美國“阿波羅”18號飛船載3名航天員托馬斯·斯塔福德、唐納德·斯萊頓和萬斯·布萊德發射上天，經過51小時49分鍾的飛行，“聯盟”19號和“阿波羅”18號兩艘飛船在軌道上慢慢靠攏，最後成功地對接在一起。當對接艙的艙門打開後。列昂諾夫首先和“阿波羅”18號的指令長熱烈握手，並用英語對斯坦福德說：“很高興見到你。”全世界的電視觀眾興奮地看到了這一具有曆史意義的場景。在曆時10小時的太空互訪過程中，美、蘇兩國航天員在一起進行科學實驗，一起回答地麵新聞記者提出的問題。經過6天的聯合飛行，“聯盟”19號與“阿波羅”18號分離。7月21日，“聯盟”19號首先脫離軌道飛向地球，在哈薩克斯坦地區著陸。這是一次具有裏程碑意義的太空飛行。
列昂諾夫為此被授予宇宙金質獎章，月球背麵一座環形山以他的名字命名。他後來擔任了加加林航天員培訓中心的副主任，見證了20世紀俄羅斯載人航天的全部進程。