Đúng 1 ngày sau, 19 tháng 10 năm 1967, Mariner 5 bay qua hành tinh ở khoảng cách 4000 km bên trên các đám mây. Tàu Mariner 5 ban được chế tạo để phóng lên Sao Hỏa-cùng Mariner 4, nhưng khi phi vụ này thành công, những người đứng đầu NASA quyết định sử dụng nó nhằm thám hiểm Sao Kim. Với những thiết bị nhạy hơn tàu Mariner 2, dặc biệt là thiết bị khảo sát sự che khuất tín hiệu vô tuyến, đã gửi dữ liệu về thành phần, áp suất và mật độ khí quyển Sao Kim. Dữ liệu từ sự hợp tác giữa Venera 4 – Mariner 5 đã được phân tích bởi một đội các nhà khoa học Liên Xô và Hoa Kỳ trong những năm sau đó, và thể hiện sự hợp tác nghiên cứu khoa học đa quốc gia trong những năm đầu của kỷ nguyên vũ trụ.