К тому времени за плечами у Демина уже был солидный багаж. В 1956 году он окончил радиотехнический факультет Военно-воздушной инженерной академии имени Н. Е. Жуковского, получил диплом по специальности "инженер по радио ВВС". В 1961-м - адъюнктуру кафедры реактивного управляемого вооружения академии, в 1963-м защитил кандидатскую диссертацию.
Лев Степанович входил в состав дублирующего экипажа для полета на корабле "Восход-3" вместе с Георгием Береговым. Однако в середине 1966 года программа "Восход" была закрыта, создание и изготовление кораблей прекращено. Подготовленный к старту пилотируемый корабль "Восход-3" так и не был запущен.
Его полет в космос состоялся в августе 1974 года в качестве бортинженера космического корабля "Союз-15". Командиром был Геннадий Сарафанов. Они должны были стыковаться с орбитальной станцией "Салют-3", на которой до этого побывал только один экипаж. Однако подвела автоматика: стыковка не состоялась из-за отказа системы управления сближающе-корректирующего двигателя корабля. Вместо торможения двигатель включался на разгон. По словам специалистов, автоматика "восприняла" оставшееся до станции расстояние в 350 метров как 20 километров и выдала соответствующий импульс двигателям. В результате корабль помчался к станции со скоростью 20 м/с (при норме 0,3 м/с).
Катастрофа? Ситуация, мягко говоря, аховая, но космонавты сделали все, чтобы уйти от столкновения. Спасли и корабль, и станцию. А возвращение космонавтов Демина и Сарафанова на Землю тоже стало настоящим, хотя и незапланированным испытанием-экспериментом: впервые в мире экипажу пришлось приземляться ночью. Это доказало возможность возвращения с орбиты в заданный район Земли в любое время суток.
Продолжительность полета составила 2 дня 12 минут 11 секунд. За мужество, проявленное в космическом полете, бортинженер Демин и командир экипажа Сарафанов были удостоены звания Героя Советского Союза.
Интересный нюанс: Лев Демин полетел в космос в 48 лет. И целый год он оставался старейшим человеком, побывавшим на орбите. В 1975 году его - в 51 год- превзошел американец Дональд Слейтон во время стыковки "Союз - Аполлон". А еще Лев Демин стал первым из космонавтов, у которого к моменту звездной командировки уже рос внук. Поэтому его так и называли - "Дед".
К сожалению, второго полета у Демина не случилось. Как говорили, он неудачно совершил глубоководное погружение и повредил уши. С 1978 по 1983 год Лев Степанович работал заместителем начальника Управления Центра подготовки космонавтов.
Его огромным увлечением была филателия. По рассказам тех, кто близко знал Льва Демина, все началось с детей, сына и дочери, а затем к коллекционированию почтовых марок подключились сам космонавт и его жена. Лев Степанович коллекционировал марки и конверты на тему "Космос". В 1975 году он открывал XIII филателистическую выставку "К звездам" в Московском планетарии. В апреле того же года в Звездном городке был организован одноименный филателистический клуб, насчитывавший 70 человек, председателем которого избрали Демина.
К слову, полет "Союза-15" был отмечен выпуском почтовой марки СССР. Льву Демину она нравилась. А вот напарник по полету Геннадий Сарафанов, как пишут, рассматривал эту почтовую миниатюру как далеко не лучшую.