El tercer vuelo de prueba se efectuó el [[7 de febrero]] de 1967 y la nave, tras el lanzamiento, recibió el nombre de [[Cosmos 140]]. Una vez en órbita experimentó parecidos problemas de control de actitudaltitud a los que afectaron a la Cosmos 133 debido a un fallo de un sensor estelar. Esto hizo que la nave consumiera excesivo combustible. A pesar de los problemas de guiado, se pudo controlar la Cosmos 140 y efectuar la maniobra de frenado para su regreso a tierra. Pero la maniobra no salió según lo esperado y la Cosmos 140 se hundió en el [[Mar de Aral]], a 500 kilómetros de su lugar previsto. Además, el módulo de reentrada se había despresurizado y se había abierto un agujero de 30 cm en el escudo de reentrada.
