上面级S-IVB则使用了1台J-2发动机。曾有在更大型火箭的上面级上使用多台J-2发动机的提议，例如火箭。J-2发动机是美国在RS-25之前曾生产的最大的液氢燃料火箭发动机。现代版的J-2发动机，J-2X发动机，被计划用于NASA的航天飞机替代者——太空发射系统的地球出发级。不像当时大多数的现役液体燃料火箭发动机，当J-2发动机用于土星5号运载火箭的S-IVB第三级时，能够在关机之后再次点火。第一次点火持续约2分钟，将阿波罗飞船送入了一个近地停泊轨道。在乘员确认飞船运转一切正常之后，J-2发动机重新点火