A hatvanas évek elején már megcélozták a vörös bolygót. Az űrverseny hőskorában szinte egymást érték a felküldött amerikai és szovjet eszközök; egy időrendi krónikát ebben az Index-cikkben olvashat arról, hogy mely években indultak szondák a Marsra.

A Marsz-program a Szovjetunió holdra szállásban elszenvedett vereségét lett volna hivatott feledtetni, de hét űrszondából csak egy jutott el szerencsésen a felszínig, ott viszont – vélhetően számítási hibából kifolyólag – csak pár másodpercig működött.

1971. május 19-én és 28-án indult el két szovjet ikerszonda, a Marsz–2 (M71–2) és a Marsz–3 (M71–3) Proton–K hordozórakéták segítségével a Földről. A szondák indításának ideje kritikus jelentőségű volt, két és fél évente ugyanis bolygónk és a Mars pályája elég közel ér egymáshoz ahhoz, hogy a lehető leggyorsabban és leggazdaságosabban lehessen űreszközt átjuttatni.

A tervek szerint az 1969 tavaszán felküldött, M–69 kódnevű szondapáros adatai alapján indították volna útjára a továbbfejlesztett, már leszállómodullal is rendelkező Marsz–2-t és Marsz–3-at is, ám a '69-es szondák még az emelkedés fázisában elpusztultak az alattuk felrobbanó Proton-rakéták miatt, így semmilyen új mérést nem biztosítottak a '71-es űrszondáknak.

Politikai nyomás hatására 1971-ben mégis úgy döntött a mai Roszkoszmosz elődje, a Szovjetunió Általános Gépipari Minisztériuma, hogy a továbbfejlesztett szondákat próbálják meg a Marsra juttatni. A Marsz–2 és Marsz–3 célja az lett volna, hogy műholdként vizsgálják a szomszédos bolygónk viszonyait, köztük a napszelet, a sugárzást, a mágneses tereket, a meteoritáramokat, és folyamatosan fotókat, illetve felvételeket készítenek a Marsról, miközben lejuttatnak egy leszállóegységet a bolygóra, mely felszíni méréseket végez, fotókat és egyéb felvételeket készít. A felszíni szondák roverekkel is fel voltak szerelve, melyek a történtek fényében érthető módon soha nem léptek működésbe. Egy, a Marsz–3 makettjével készült szimulációs felvétel viszont megmutatja, mi történt volna a tervek szerint a felszínen a leszállás után:

A Marsz–3 makettje Moszkvában a mai napig megtekinthető az Űrutazási Múzeumban.

A Marsz–2 1971. november 27-ére ért a Marshoz, 1380 kilométerre közelítette meg a bolygót, ahol szabadon engedte leszállóegységét. Ez rossz szögben érte el a felszínt, és becsapódott, mint később kiderült, a Marsz–3 balesetét is okozó hibás kalibráció miatt a magasságmérő egységben. A Marsz–2 orbiterként több hónapig működött még, a Marsról és a környező űrről gyűjtött és továbbított adatokat a Földre, leszállóegysége pedig az első ember alkotta tárgy lett, mely a Mars felszínébe csapódott.

A Marsz–3 ikerpárjánál valamivel sikeresebben járt. Igaz, a tervezett 25 órányi keringési idő helyett 12 napot és 19 órát körözött marsi pályáján a szonda, 1971 decemberének második napján közelítette meg a Marsot, és dobta ki leszállóegységét. A korábban már említett hibás kalibrációt nem tudták a mérnökök kijavítani, így a szerkezet a „felszín alá” akart leszállni, vagyis úgy hitte, mélyebben van a számára kijelölt leszállási zóna, mint a valóságban volt. Ezért a kelleténél később kapcsolta be a fékezőrakétákat, aminek következtében becsapódott a felszínbe. Igaz, itt még 

Más elmélet szerint sikerült jól kiszámítani a felszín helyét és a leszállási pályát, de az elhúzódott keringési idő alatt a Mars felszínén kialakult homokviharral nem számoltak, és ez lett a felszíni egység veszte. A szonda balesetének okát továbbra sem sikerült pontosan megállapítani.

2012 decemberében az MRO HiRISE űrszonda 2007-ben készített 1,8 milliárd pixel nagyságú felvételén találták meg a Marsz–3 marsi maradványait. Ha egy másik küldetés során ezen roncsok – az ejtőernyő, a hővédő pajzs és maga a szonda – közelébe jut majd az ember, azok pontos magyarázatot adhatnak a baleset miértjére. Mindettől függetlenül a Marsz–3 az első ember alkotta űreszköz, amely leszállást hajtott végre a Marson.

A Marsz–3 leszállóegysége készítette és küldte az első fényképet is a Mars felszínéről, a képnek viszont csak az első hetven sorát sikerült a Földre továbbítani, a fényképről pedig a szovjet mérnökök is elismerték, hogy ebben a formájában használhatatlan. Öt évvel később, az amerikai Vikingek közül az egyik már sikerrel járt, a Viking–1 készítette az első használható és értékelhető fényképfelvételt a Mars felszínéről.

A szonda a fényképezés mellett a felszíni infravörös sugárzást, a felszínt takaró kőzetréteg rádiófényességi hőmérsékletét, a páratartalmat és a légkör szórt ultraibolya sugárzását volt hivatott mérni. Ezekből az adatokból minimális érkezett vissza az irányítóközpontba. A leszállóegység sikertelenségét némileg feledteti, hogy az orbiter 1971 decemberétől kezdődően még nyolc hónapon át mérte a Mars környezetét, és sugárzott adatokat vissza a Földre.

A Marsz–2 és Marsz–3 tudományos szempontból sikertelen küldetései után a Szovjetunió 1973-ban még négy Marsz-szondát indított útjára. Ezek közül a Marsz–5 keringőegység szállított kellő mennyiségű használható tudományos adatot, a többi küldetés kudarccal végződött. Az utolsó Marsz-szonda, a 8-as 1996-ban indult el a bajkonuri űrrepülőtérről, Oroszországból, de a negyedik rakétafokozat hibája miatt visszatért a légkörbe, és a Csendes-óceánba csapódott.