Стыковка проходила в ручном режиме. Советские «Союз 4» и «Союз 5» находились в состыкованном состоянии 4 часа 35 минут.
Корабль «Союз-4» стартовал 14 января 1969 года. На следующий день, 15 января, с космодрома Байконур стартовал следующий пилотируемый корабль — «Союз-5», на борту которого находились трое космонавтов. 16 января в 08:20 UTC корабли «Союз-4» и «Союз-5» состыковались. Во время стыковки, активным кораблем был «Союз-4», стыковочный узел которого был оборудован штырем, стыковочный узел «Союза-5» был оборудован конусом.
На 35-м витке космонавты Хрунов и Елисеев вышли в открытый космос из корабля «Союз-5» и перешли в корабль «Союз-4». Этот переход был элементом подготовки к планируемому в ближайшем будущем полёту на Луну. После стыковки, агентство ТАСС объявило, что впервые на орбите создана экспериментальная космическая станция с четырьмя космонавтами на борту.
Journal information