Startu se ale paradoxně nezúčastnil prezident Nixon, který se urazil po oznámení ředitele NASA, když v den startu nebude možné se s posádkou sejít, jelikož se nacházeli v karanténě. Monumentální raketa Saturn V s hmotností přes 2 700 tun se tyčila do výšky více jak 110 metrů nad zemí. Síle rakety odpovídala také bezpečná zóna stanovená NASA na hodnotu 5 km. V případě výbuchu by výsledná exploze odpovídala výbuchu malé jaderné hlavice o síle 110 TNT. 

Během startu působilo na astronauty přetížení až 4 g. Největší přetížení pociťovali při dohoření S-IC, zvláště pak v okamžiku vypnutí krajních motorů. Astronauti byli na toto přetížení trénování na centrifuze, kde museli vykonávat pracovní úkony při přetížení až 8 g.

Během cesty na Měsíc konali astronauti velké množství úkonů, které jim nařizovalo řídící středisko. Jednalo se o kontrolu jednotlivých přístrojů, přípravy navigační aparatury ke korekci dráhy či uskutečnění inspekce lunárního modulu. Po této kontrole následovala každý den letu četba z denního tisku. Astronauti tak byli v kontaktu s děním na planetě Zemi. Dostali zprávy o vyslání Luny 15 na oběžnou dráhu Měsíce, odmítnutí Mexika přijímat americké hippies jako turisty nebo rozhodnutí prezidenta Nixona, který dal zaměstnancům vládních úřadů a institucí v den přistání na Měsíci volno.

V průběhu letu na Měsíc se uskutečnilo také několik přímých televizních vystoupení, při nichž astronauti popisovali zařízení jejich kosmické lodi, vysvětlovali úkoly astronautů a ukazovali planetu Zemi, která se každou hodinou zmenšovala. 

Po přistání na Měsíci a kontrole lunárního modulu byl naplánován spánek pro astronauty. Nicméně už během letu požádali astronauti, aby mohli vyjít na Měsíc okamžitě. Tento požadavek byl po konzultaci s lékařem schválen. Po krátkém odpočinku a konzumaci potravin astronauti pozvolna odhermetizovali kabinu a vypustili atmosféru z lodi. 

První vystoupil z lodi Armstrong, který během sestupu otevřel schránku MESA umístěnou na boku modulu. Zde byla uložena kamera, vlajka, lopatky a kontejnery na vzorky půdy. Před sestupem na povrch Měsíce nainstaloval kameru tak, aby snímala jeho první kroky na Měsíci a přenášela je více jak jedné miliardě lidí na Zemi. 

Po devatenácti minutách sestoupil na povrch Měsíce Buzz Aldrin. V prvopočátku zkoušeli oba astronauti způsoby chůze, které nacvičovali při simulacích na Zemi. Následoval návrat k lunárnímu modulu, kde byla na přistávací noze umístěna plaketa, která zůstala na povrchu Měsíce. Ta vyobrazovala planetu Zemi jako dvě polokoule s nápisem: "Zde se lidé z planety Země poprvé dotkli nohama Měsíce. Červenec L. P. 1969. Přišli jsme v míru jménem všeho lidstva."

Astronauti nainstalovali během svého pobytu na Měsíci (21 hodin 36 minut a 20 sekund, z toho 2 hodiny 31 minut 40 sekund EVA) vědecké přístroje souhrnně označované ALSEP (Apollo Lunar Surface Experiments Package). Posádka Apolla 11 ale měla k dispozici pouze redukovaný soubor přístrojů označovaný EASEP (Early Apollo Scientific Experiments Package), který obsahoval koutový odražeč umožňující odrážet paprsky vyslané z povrchu Země na Měsíc. Tím bylo umožněno zjistit přesnější vzdálenost Měsíce od Země. Druhým vědeckým přístrojem, který posádka Apolla 11 zanechala na Měsíci, byl pasivní seismograf s vlastním zdrojem v podobě dvojice slunečních panelů pro měření otřesů Měsíce.

Posádka Apolla 11 během svého pobytu na Měsíci posbírala 21,55 kg hornin, které dělila na dvě skupiny. První skupinou byly tzv. dokumentované vzorky. Horniny se v první fázi vyfotografovaly v mateřském terénu a následně se sebraly do připravených přepravních boxů. Druhou skupinu představovaly dva sloupce horniny v trubicích, které byly zatlučeny a následně vyjmuty z Měsíce.

Celý výstup na Měsíc byl dokumentován a přenášen živě televizními stanicemi. Diváci ale byli ochuzeni o barevné záběry, protože bylo možno vysílat pouze černobílý záznam. Armstrong a Aldrin se celý svůj pobyt na Měsíci snažili co nejpřesněji popisovat okolí přistání, jelikož přistáli mimo plánované místo (jednotky kilometrů).

Den před přistáním, 23. července 1969, se uskutečnilo poslední televizní vysílání z paluby Apolla 11, které mělo charakter zamyšlení se nad tím, čeho lidstvo za velice krátký čas dokázalo dosáhnout a událostmi posledního týdne či posledního desetiletí.

Posádka Apollo 11

Celkem 66 uchazečů se přihlásilo do astronautického výcviku v rámci programu Apollo. Po náročném výcviku zbylo 49 astronautů, kteří chtěli podniknout cestu na Měsíc. Bylo naplánováno 9 misí k Měsíci a několik dalších výprav určených k vybudování orbitální stanice v rámci programu Apollo Applications. Počet míst k letům do vesmíru byl ale limitován zkušenostmi astronautů. Žádný astronaut se nemohl vypravit k Měsíci bez předešlých zkušeností s vesmírným letem.

Posádka Apolla 11. Zleva: Neil Armstrong, Michael Collins a Buzz Aldrin.