運載火箭的研製
“阿波羅”計劃采用月球軌道交會法，使用大推力的“土星”號運載火箭把50噸重的航天器送人月球軌道，航天器本身裝有較小的火箭發動機，當它接近月球時，能使航天器減速進人繞月軌道。而且，航天器的登月艙能脫離航天器，載著宇航員登上月球，並返回繞月軌道與“阿波羅”航天器結合，運載火箭研製分兩個階段進行，第階段研製“土星”1號和1B號，用以獲取大型運載火箭的研製經驗並進行“阿波羅”號飛船的飛行試驗；第二階段研製“土星”5號巨型3級運載火箭作為飛船登月的運載工具。
載人飛行試驗
1968至1569年美國發射了“阿波羅”7、8、9號飛船，進行載人飛行試驗，主要作環繞地球，月球飛行和登月艙脫離環月軌道的降落模擬試驗，軌道機動飛行和模擬會合，模擬登月艙與指揮艙的分離與對接。1969年5月18日發射的“阿波羅”10號飛船進行了登月全過程的演練飛行，繞月飛行31圈，兩名宇航員乘登月艙下降到離月麵15．2千米的高度。
登月的實現
通過一係列的試驗，美國宇航局在“阿波羅”10號飛行試驗結束後，宣布“阿波羅”11號將執行載人登月任務1969年7月16日，巨大的“土星”5號火箭載著“阿波羅”11號月球飛船在肯尼迪航天中心39A發射台點火發射，參加這次登月任務的航天員是內爾·阿姆斯特朗、布茲·奧爾德林、邁克爾·科林斯。1969年7月20日，美國東部時間下午10點56分，阿姆斯特朗踏上月球，首次實現了人類登月的夢想。
登月方案
“阿波羅”登月計劃最初有三種方案：第一種是用大型火箭直接把飛船發射至月球軌道的直接登月法；第二種是飛船分段送人地球軌道，再逐一對接後飛向月球的地球軌道會合法；第三種是將飛船送入地球軌道，並推向月球的月球軌道交會法。月球軌道交會方案最終被采用，即將一艘載有3名航天員的飛船發射到月球軌道上，然後2名航天員乘登月艙在月麵上降落，進行月麵探險；另一名航天員仍留在指揮艙中繞月球飛行，並進行科學實驗。返回時，在月麵上的2名航天員啟動登月艙的上升段發動機，飛上月球軌道，與指揮艙交會對接。2名航天員進入指揮艙後，拋棄登月艙的上升段脫離月球軌道返回地球。在再入大氣層前拋棄服務艙，僅指揮艙在太平洋上濺落。
航天員站著登月
“阿波羅”號的航天員們是站著降落在月球的，主要是登月艙最初的設計中為每個航天員在座椅的前方安排了兩個窗口。但是這樣的窗口設計並不是十分合理因為由於窗口麵積過大，照射進艙內的陽光過多，會影響到航天員的視野；此外還因為窗口離航天員的眼睛較遠，給航天員在月球著陸過程中對著陸地點的觀察也造成了影響。就因為上述種種原因最後有關專家讓航天員站著，眼睛靠近窗口向外觀察，擴大了視野。
“1202”警報
“阿波羅”11號飛船的登月行動曾經瀕臨災難的邊緣。當登月艙距離月球表麵僅1800米做最後衝刺的時候，艙內計算機顯示屏上的黃色警示燈忽然開始閃爍並出現了一個為“1202”的警報代碼（“1202”警報代碼是指登月艙的計算機隨時可能死機），但地麵飛行控製員貝爾斯做出了一生中最大膽的決定，對警報不加理睬，讓宇航員繼續實施降落，事後證明，他的決定是正確的，否則人類此次登月計劃便會成為泡影。
登月著陸點
美國的“阿波羅”計劃共實現了6發登月，都選擇在月球同一麵上的不同地區進行著陸。“阿波羅”11號、17號選擇在靜海地區；“阿波羅”12號在風暴海附近；除“阿波羅”13號飛船因中途發生故障被迫返回地球外“阿波羅”14號登陸在富拉莫·格高地；“阿波羅”15號在亞平寧地區登陸；“阿波羅”16號在開萊平原登陸。