Menurut dokumen NASA, Laika ditempatkan di satelit pada 31 Oktober 1957, tiga hari sebelum dimulainya pelancaran.[8] Pada waktu itu, lokasi pelancaran sangat dingin dan selang yang terhubung ke pemanas yang digunakan untuk menyimpan wadahnya hangat. Dua asisten ditugaskan untuk mengawasi Laika sebelum pelancaran. Sesaat sebelum lepas landas pada 3 November 1957 dari Kosmodrom Baykonur, bulu Laika digosok dengan alkohol berkadar rendah serta dirawat dengan hati-hati, sementara yodium diteteskan ke daerah yang akan ditempeli penderia untuk memantau fungsi tubuhnya.[10]

Pada puncak laju perubahan percepatan, pernapasan Laika meningkat menjadi tiga sampai empat kali dibandingkan sebelum pelancaran pesawat yang membawa ia.[8] Sensor menunjukkan bahawa detak jantungnya 103 denyut per minit sebelum pelancaran lalu meningkat menjadi 240 denyutan seminit pada laju perubahan percepatan awal. Setelah mencapai orbit, muncung Sputnik II berhasil dilepaskan, namun inti "Blok A" tidak terlepas seperti yang direncanakan, sehingga sistem pengendalian suhu tidak beroperasi seperti semestinya. Beberapa isolasi termal terkoyak sehingga meningkatkan suhu kabin menjadi 40 °C (104 °F).[11] Setelah tiga jam dalam keadaan tak berbobot, denyut nadi Laika telah kembali menjadi 102 denyut per minit,[12] tiga kali lebih lama daripada yang terjadi selama ujian di darat sebelumnya, yang mengindikasikan tekanan yang sedang dialaminya. Telemetri awal menunjukkan bahawa Laika gelisah, tetapi ia tetap memakan makanannya.[11] Setelah sekitar lima hingga tujuh jam penerbangan, tidak ada tanda-tanda kehidupan lebih lanjut yang diterima dari pesawat ruang angkasa.[8]

Para saintis pada ketika itu ada berencana untuk melakukan eutanasia kepada Laika dengan memberi makanan beracun. Selama bertahun-tahun, Kesatuan Soviet memberikan laporan yang bertentangan bahawa dia telah meninggal akibat kehabisan oksigen kerana bateri gagal berfungsi ataupun kerana eutanasia. Banyak desas-desus yang berlegar mengenai tentang penyebab kematiannya. Pada tahun 1999, beberapa sumber dari Rusia melaporkan bahawa Laika telah meninggal ketika kabin menjadi terlalu panas pada hari keempat.[13] Pada bulan Oktober 2002, Dimitri Malashenkov, salah satu saintis di balik misi Sputnik II, mengungkapkan bahawa Laika telah meninggal dalam peredaran keempat penerbangan kerana kepanasan. Dalam World Space Congress di Houston, Texas, Amerika Syarikat, ia menyatakan bahawa hampir mustahil untuk membuat sistem kontrol temperatur yang handal dalam waktu yang terbatas.[14]

Lebih dari lima bulan kemudian, setelah 2.570 kali mengorbit, Sputnik II hancur bersama dengan Laika saat kembali pulang ke Bumi pada 14 April 1958.[15]