מרכז הבקרה השתמש במילות קוד על מנת להזהיר את ארמסטרונג שקצב חילוף החומרים שלו גבוה וכי עליו להאט. הוא עבר במהירות ממשימה למשימה ככל שנגמר הזמן הקצוב. כאשר קצב חילוף החומרים נשאר באופן כללי נמוך מהצפוי עבור שני האסטרונאוטים לאורך הפעילות, מרכז הבקרה העניק לאסטרונאוטים הארכה של 15 דקות. בראיון משנת 2010, הסביר ארמסטרונג כי נאס"א הגבילה את זמן הפעילות על פני השטח ואת המרחק מרכב הנחיתה מכיוון שלא הייתה השערה מדויקת לכמות מי הקירור שתצרוך מערכת תמיכת החיים אשר הייתה בגב חליפת האסטרונאוטים כדי להתמודד עם ייצור חום הגוף בזמן עבודתם על הירח.
המראה מפני הירח וחזרה.
אולדרין נכנס ראשון לרכב הנחיתה איגל. בקושי מסוים, הצליחו האסטרונאוטים להכניס לרכב הנחיתה שני ארגזים המכילים 21.55 ק"ג של חומר ירחי, ועשו זאת באמצעות מכשיר הדומה לגלגלת כבלים שטוחה ונקרא "Lunar Equipment Conveyor". מכשיר זה הוכיח עצמו כלא יעיל ובמשימות הבאות בתוכנית אפולו, העדיפו לשאת ביד ציוד ודגימות בחזרה לרכב הנחיתה. לאחר שארמסטרונג נכנס לאיגל, השניים נפטרו מפסולת וציוד מיותר; נעלי חליפת החלל, מערכת תמיכת החיים שבגב חליפת החלל, מצלמה ריקה וציוד אחר כדי להקל ככל הניתן על משקלו של שלב ההמראה של רכב הנחיתה. פתח הרכב נסגר בשעה 05:11:13 לפי זמן אוניברסלי מתואם (UTC) וזמן מה לאחר מכן הם התכוננו לישון.
בעודו זז בתוך רכב הנחיתה, אולדרין פגע בטעות במפסק הזרם שאמור להתניע את המנוע הראשי עבור המראה מהירח. היה חשש שמא לא תהיה דרך להפעיל את המנוע והשניים יתקעו על הירח. בעיה זו נפתרה בעזרת טוש, שהיה מספיק בשביל להפעיל את המתג.
בנוסף למכשירים המדעיים, האסטרונאוטים השאירו על אדמת הירח טלאי משימה של אפולו 1 לזכרם של רוג'ר צ'אפי, וירג'יל גריסום ואדוארד היגינס וייט אשר נספו כאשר תא הפיקוד שלהם עלה באש במהלך בדיקות בינואר 1967. כמו כן הושארו שתי מדליות זיכרון של הקוסמונאוטים הסובייטים ולדימיר קומארוב ויורי גגארין אשר מתו בשנים 1967 ו־1968 בהתאמה. עוד הושאר תיק זיכרון המכיל העתק מזהב של ענף זית כסמל מסורתי לשלום, ודיסק מסיליקון הנושא הצהרות של רצון טוב מהנשיאים אייזנהאואר, קנדי, ג'ונסון וניקסון, יחד עם הצהרות ממנהיגים של 73 מדינות ברחבי העולם, ביניהם הצהרה מאת הנשיא הישראלי, זלמן שזר.
לאחר כשבע שעות מנוחה, מרכז הבקרה ביוסטון העיר את צוות האסטרונאוטים כדי להתכונן לטיסתם חזרה לכדור הארץ. שעתיים וחצי לאחר מכן, בשעה 17:54:01 UTC ולאחר 21 שעות ו־36 דקות על פני הירח, הם המריאו באמצעות שלב ההמראה של רכב הנחיתה איגל כדי לשוב ולהצטרף לקולינס בתא הפיקוד שבמסלול סביב הירח. בווידאו שצולם מתוך שלב ההמראה, נראה כי הדגל האמריקאי אשר ניטע במרחק של 8 מטרים מרכב הנחיתה, מתנועע בפראות מעוצמת דחף המנוע בעת ההמראה. אולדרין הסתכל מטה בעודם ממריאים, ובראיון סיפר: "אני התרכזתי במחשבים וניל התרכז במד הגובה, אך הסתכלתי מספיק זמן כדי לראות את הדגל נופל". במשימות אפולו הבאות, הדגל ניטע במרחק רב יותר של לפחות 30 מטרים מרכב הנחיתה.
ב־21 ביולי בשעה 21:24 UTC, רכב הנחיתה איגל נפגש עם תא הפיקוד קולומביה במסלול סביב הירח ובשעה 21:35 השניים עגנו. לאחר שארמסטרונג ואולדרין נכנסו אל תא הפיקוד והצטרפו אל קולינס, לא היה יותר צורך בשלב ההמראה של האיגל, אשר הושלך למסלול סביב הירח בשעה 23:41. קצת לפני משימת אפולו 12, דווח ששלב ההמראה של האיגל ככל הנראה עדיין הקיף את הירח. על פי דיווחים מאוחרים יותר של נאס"א, מסלולו של האיגל דעך עד אשר התרסק במיקום לא ידוע על פני השטח של הירח. לאחר מספר שעות במסלול סביב הירח, ב־22 ביולי בשעה 04:54:42 UTC הופעל מנועו הראשי של תא השירות של קולומביה למשך שתיים וחצי דקות בתמרון מעבר ארצי אשר הוציא את החללית מגרביטציית הירח ושלח אותה לכיוון כדור הארץ.
צניחה אל מימי האוקיינוס ובידוד.
נושאת המטוסים "USS Hornet" היא שנבחרה כספינת החילוץ של תא הפיקוד קולומביה לאחר צניחתה במימי האוקיינוס השקט. לפני עלות השחר ב־24 ביולי, נשלחו מנושאת המטוסים ארבעה מסוקי "סי קינג" ושלושה מסוקי גרומן E-1 טרייסר. שניים ממסוקי הטרייסר היו מסוקי פיקוד בעוד השלישי שימש לממסר ותקשורת. כמו כן שניים ממסוקי הסי קינג נשאו צוללנים וציוד חילוץ בעוד המסוק השלישי נשא ציוד צילום, והרביעי נשא שחיין טיהור מים ומנתח רפואי.
ב־24 ביולי בשעה 16:44 לפי זמן אוניברסלי מתואם (UTC) או 05:44 לפי שעון מקומי, נפתחו מצנחי הבלימה של תא הפיקוד קולומביה. כמעט שבע דקות לאחר מכן, בשעה 16:50:35 UTC, הקולומביה פגעה במימי האוקיינוס השקט בנקודת הציון , 2,660 ק"מ מזרחית מהאי וייק, 380 ק"מ דרומית מאטול ג'ונסטון ו־24 ק"מ מנושאת המטוסים הורנט. בעת הפגיעה, הקולומביה נחתה הפוך אך התיישרה בתוך עשר דקות בעזרת שקי צִיפָה אשר הופעלו על ידי האסטרונאוטים. צוללן ממסוק חיל הים שריחף מעל קפסולת הקולומביה חיבר אליה עוגן ים אשר מנע ממנה להיסחף. צוללנים נוספים חיברו אל הקפסולה חבלי ציפה כדי לייצב אותה ומיקמו רפסודות עבור חילוץ האסטרונאוטים.
הצוללנים העבירו לאסטרונאוטים בגדי בידוד ביולוגי וסייעו להם לעלות על הרפסודות. האפשרות להחזרה של פתוגנים קטלנים מפני השטח הירחי נחשבה לקלושה, אך נאס"א נקטה באמצעי זהירות עוד באתר החילוץ. האסטרונאוטים נמרחו בתמיסת נתרן תת־כלורי וקפסולת הקולומביה נוגבה בתרכובת הכימית פובידון־איודין כדי להסיר כל אבק ירחי שעשוי להימצא. האסטרונאוטים הועלו על מסוק החילוץ ולבשו את בגדי הבידוד הביולוגי עד אשר הגיעו למתקני הבידוד על סיפון ההורנט.
לאחר נחיתתם על נושאת המטוסים הורנט בשעה 17:53 UTC, המסוק הורד על ידי מעלית אל האנגר המטוסים, שם צעדו האסטרונאוטים כתשעה מטרים אל מתקן הבידוד הנייד (Mobile Quarantine Facility), שם החלו את תקופת הבידוד שנמשכה כמעט שלושה שבועות. נוהל זה המשיך בשתי משימות נוספות, אפולו 12 ואפולו 14, וכאשר הוכח כי הירח צחיח מחיים כלשהם, הופסק נוהל זה. הנשיא ניקסון קיבל בברכה את שובם של האסטרונאוטים אל כדור הארץ באמרו: "כתוצאה ממה שעשיתם, העולם קרוב זה לזה יותר מאי פעם". ב־10 באוגוסוט 1969, לאחר אישור של ועדת מומחים, הוסר הסגר על שלושת האסטרונאוטים.
חגיגות.
ב־13 באוגוסט, השתתפו האסטרונאוטים בשני מצעדים אשר נערכו לכבודם בניו יורק ושיקגו, עם כמות מוערכת של כשישה מיליון משתתפים. באותו הערב נכחו האסטרונאוטים גם בארוחת ערב חגיגית בלוס אנג'לס, בנוכחותם של חברי קונגרס, 44 מושלים, נשיא בית המשפט העליון של ארצות הברית ושגרירים מ־83 מדינות. הנשיא ניקסון חלק כבוד לכל אחד מהאסטרונאוטים והעניק להם את מדליית החירות הנשיאותית. ב־16 בספטמבר 1969, שלושת האסטרונאוטים נאמו בפני הקונגרס של ארצות הברית והעניקו לבית הנבחרים ולסנאט שני דגלי ארצות הברית, אותם נשאו עמם אל פני השטח של הירח.
חגיגות אלה החלו מסע עולמי בן 38 ימים במהלכו ביקרו האסטרונאוטים ב־22 מדינות זרות ונפגשו עם מנהיגים של מדינות רבות. השלושה תיירו מ־29 בספטמבר עד 5 בנובמבר. אומות רבות חלקו כבוד לנחיתה המאוישת הראשונה על הירח החל ממהדורות מיוחדות בכתבי עת ועד הנפקת בולי דואר או מטבעות המנציחים את משימת אפולו 11.
מורשת.
אפולו 11 נחשב על ידי רבים כהישג הבודד הגדול ביותר של האנושות, שכן הייתה זו הפעם הראשונה בה דרך האדם על גרם שמיים שאינו כדור הארץ. אפולו 11 היוותה נקודת מפנה בהיסטוריה של האומה האמריקאית כאשר לאחר כעשור של הובלה סובייטית בחלל, ארצות הברית הוכיחה את עליונותה הטכנולוגית, ניצחה את המרוץ לחלל והשיגה את היעד הלאומי שהוכרז בידי הנשיא קנדי בשנת 1961 והוא: "להנחית לפני תום העשור אדם על הירח ולהחזירו לכדור הארץ בשלום". תוכנית אפולו בכללותה אשר נמשכה בין השנים 1961–1972, הייתה מאמץ אדיר שעלה 25.4 מיליארד דולר (שווה ערך לכ־194 מיליארד דולר של שנת 2020) ונחשב לפרויקט היקר ביותר ולהוצאה הגדולה ביותר בהיסטוריה שלא למטרות צבאיות.
במהלך משימה זו נאספו 21.5 ק"ג של סלעים וחומר ירחי וכן נעשו מספר תגליות מדעיות. ראשית, הוכח שפני השטח הירחי הוא מוצק. לפני נחיתתם של ארמסטרונג ואולדרין, היה ידוע מתצפיות וגשושיות שהירח מכוסה חול ואבק, אך חששו שמא החומר יכול להיות חול טובעני. תגלית נוספת, הודות לניתוח הסלעים שהובאו, היא שהירח וכוכבי לכת סלעיים נוצרו בהליך חם ולא קר כפי שהייתה אז התאוריה הרווחת בקהילה המדעית. כמו כן, ניתוח ההרכב הכימי של הסלעים שהובאו, חיזק את השערת ההתנגשות הענקית לפיה הירח נוצר מהשברים שנשארו מהתנגשות בין כדור הארץ לגוף בגודל של כוכב הלכת מאדים.