3分17秒，甩掉救生火箭，火箭在髙95公裏，離發射地點174公裏的上空向東順利飛行，在髙度132公裏處甩掉第二級發動機，以每秒6.8公裏的速度飛入離肯尼迪基地1，550公裏的大西洋上空。
第****發動機是一種可多次啟動的發動機。它的笫一次噴射是為了使飛船進入環繞地球的待機軌道。在第****和指令艙之間裝載著機械裝置。第****火箭接受機械裝置的指令，調整火箭飛行方向，調節發動機的噴射時間，以進入精確的軌道。
發射後9分5秒，第****發動機啟動。在11分40秒時停火，幾乎完全按原定計劃進入環繞地球的軌道。這時在離肯尼迪基地2，650公裏處，速度為每秒約7.67公裏。阿波羅11號進入待機軌道以後必須在繞地球一周半的2小時30分鍾內做出能不能向月球進發的決定。
為了離開待機軌道向月球進發，要再噴射一次第****發動機。這次噴射，要在測淮現在的地球和月球位置的基礎上進行，必須從精確的位置上加速到必要的速度。在第****火箭和指令艙之間的機械裝置裏有加速儀和回轉姿勢儀等，測試每秒鍾的速度變化和火箭的飛行方式。然後，把這個值放進安裝在那裏的小型計算機裏計算，向發動機發出“要工作XX秒鍾”的指令。
休斯敦控製中心通告，現在的軌道為遠地點185公裏，近地點180公裏，阿波羅11號還處在地球衛星的狀態之中，而不是宇宙飛船。
為什麼從地球出發以後不直奔月球一氣嗬成呢？這有以下幾個原因：
首先，從地球到月球的速度必須為毎秒近11公裏。可是，如果一離開陸地就把速度加到近11公裏，會使宇航員的身體受到長時間的速度強變影響。
其次，月球圍繞地球轉的軌道麵對赤道麵形成約15度角。就是說，月球不是沿著地球的赤道轉，而是與赤道保持15度角的傾斜。因此不能將月球火箭一下子從地球發射出去。尤其是，為了使人類乘坐的宇宙飛船在月球安全著陸，首先讓它繞地球旋轉，然後再讓它進入月球軌道麵，這種做法是合適的。由於引力關係，人造地球衛星一定在環繞地球中心的圓上麵轉。從肯尼迪角的北緯28度來看，與赤道交叉的角度不能小於28度。所以，為了使宇宙飛船進入與地球赤道交叉15度角的月球軌道麵，必須從人造衛星的軌道重新改變角度，再次發射。
阿波羅11號用1小時28分17秒鍾繞地球一周以後，立即準備再過一個小時就向月球進發。宇航員進行了最後檢查。
於是，休斯敦的控製中心向記者席作了如下說明，發射時宇航員的脈搏是：阿姆斯特朗110次/分、考林斯99次/分、奧爾德林88次/分，這和乘坐“雙子星座”(二人乘坐的載人衛星）航行時相比慢了不少。那時，阿姆斯特朗146次/分、考林斯125次/分、奧爾德林110次/分。
僅從這些數字即可看出，他們三人這次受到的發射衝擊小。這說明土星5號火箭要比“雙子星座”的巨人2號(本來是個洲際導彈）更適於載人。
發射後2小時24分，終於從休斯敦發出了向月球挺進的命令。
為了向月球進發，發射後2小時44分，第****火箭依次點火，比預定時間僅提前了11秒。午夜1時22分，發動機停火。這時，離地球的髙度為328公裏，飛行速度為每秒10.5公裏，完全按預定計劃進入了奔月軌道。進入地球待機軌道時的速度為每秒7.67公裏，等於加快了2.9公裏。如果這時第****的發動機沒有足夠力量，阿波羅11號就不能到達月球而一直往前飛去，最後會飛回地球。由於這時第****發動機工作正常，笫一次軌道修正也似乎沒有必要了。
阿波羅11號離開繞地球軌道，順利飛向月球。到達月球的路程有38萬公裏，需要73小時。這個行程是繞圏的,而不是筆直的。換句話說，宇宙飛船要沿著環繞地球和月球的狹長橢圓的外緣飛行。宇宙飛船沒有噴射發動機的必要了。達到距地球表麵一定高度以後，它就能夠向水平方向，以原有的速度，靠慣力沿著從月球外圍轉過來的橢圓型軌道熄火前進。阿波羅11號在離地麵185公裏處,向水平方向噴射第****火箭發動機,在速度達到每秒10.5公裏，髙度328公裏時熄火。現在，已經確定了阿波羅11號向月球前進的路線。可是，月球還在偏離阿波羅11號前進方向很遠的地方。